单例模式(饿汉式、懒汉式)详解
对于单例模式，很多小伙伴都不陌生吧，单例模式是设计模式中最简单的设计模式之一，大家或多或少有写过单例模式的代码，但是时间一久，又忘记了怎么写，下面，跟着小编一起，学习或回顾一下单例模式吧
1. 什么是单例模式
单例模式：是指一个类只会创建一次对象的设计模式，属于设计模式创建者模式中的一种。这个类提供了一种唯一访问该对象的方式，也就是说，这个类的实现只会在内存中出现一次。这样子的好处是防止频繁的创建对象导致内存资源浪费。
2. 单例模式的两种形式
饿汉式：在类被加载时就会创建该类的实例对象
懒汉式：在类被加载时不回创建该类的实例对象，在首次要使用该实例时才会创建
3. 单例模式的特点
1.单例类只会有一个实例
2.单例类的实例由该类自己提供对外访问的方法
3.单例类的构造函数必须是私有的
4.饿汉式
饿汉式单例模式是指在类被加载时就会创建该类的实例对象
饿汉式有两种实现方法
- 用静态的成员变量创建本类对象
- 在静态代码块中创建本类对象
接下来，我们分别介绍这两种方式：
4.1 静态成员变量创建对象
用静态成员变量实现单例模式，需要声明一个私有的静态成员变量并赋值，然后对外暴露出可以公共访问的方式，记得一定要把构造方法私有化，这样子，就可以创建出一个单例对象，该对象是在类被加载时就会被创建。
/**
* 单例模式 饿汉式 1. 静态成员变量方式
*/
public class Singleton1 {
// 1.私有构造方法
private Singleton1() {}
// 2. 私有的静态成员变量
private static Singleton1 instance = new Singleton1();
// 3.对外暴露公共访问方式
public static Singleton1 getInstance() {
return instance;
}
}4.2 静态代码块创建对象
用静态代码块中创建对象，顾名思义，就是在静态代码块中给对象赋值，首先，我们一样要将构造方法私有化，然后在成员变量中声明一个该类的对象，在静态代码块中给对象赋值，最后，只有对外暴露出公共的访问方式即可。
5. 懒汉式
懒汉式单例模式是指在类被加载时不回创建该类的实例对象，在首次要使用该实例时才会创建
懒汉式也有两种实现方式：
- 判断是否首次使用，是则创建对象，不是则不创建。
- 利用静态内部类的特性创建对象
接下来，我们就进入这两种方式的学习：
5.1 线程不安全创建对象
懒汉式最容易让人想到的创建方式是构造方法私有化，声明成员对象，然后在对外暴露访问方式时做判断。判断成员对象是否被赋值了，如果被赋值，被不创建直接返回，如果没被赋值，则创建对象再返回。那么，代码的实现就如下：
/**
* 单例模式 懒汉式 线程不安全
*/
public class Singleton3 {
// 1.私有构造方法
private Singleton3() {}
// 2.声明成员变量
private static Singleton3 instanse;
// 3.对外提供
public static Singleton3 getInstance() {
if (instanse == null) {
instanse = new Singleton3();
}
return instanse;
}
}实际上这种做法是存在问题的，从上面代码我们可以看出该方式在成员位置声明Singleton3类型的静态变量，并没有进行对象的赋值操作，那么什么时候赋值的呢？当调用getInstance()方法获取Singleton3类的对象的时候才创建Singleton3类的对象，这样就实现了懒加载的效果。但是，如果是多线程环境，会出现线程安全问题。
5.2 线程安全创建对象
既然上面的懒汉式单例模式会出现线程安全问题，我们能想到最直观的方式解决线程安全的问题就是加锁，那么改进后的代码如下：
/**
* 单例模式 懒汉式 线程安全
*/
public class Singleton3 {
// 1.私有构造方法
private Singleton3() {}
// 2.声明成员变量
private static Singleton3 instanse;
// 3.对外提供
public static synchronized Singleton3 getInstance() {
if (instanse == null) {
instanse = new Singleton3();
}
return instanse;
}
}可以看到，我们在getInstance方法上面加了一个关键字synchronized，这样子，我们就解决了线程安全问题。但是，这就真的是我们最完美的解决方案吗？显然不是，从上面的代码可以看出，我们在每次获取对象的时候都需要先去获取锁，并发性能非常的差，而且，我们只是在初始化instance的时候才会出现线程安全问题，一旦初始化完成就不存在了。
接下来，我们就想想办法怎么去优化性能，既然初始化完成后就不需要创建对象了，那我们可以只在初始化对象的时候加锁，实例化完对象后无需加锁。
5.3 双重检测法
我们只要在创建对象时加锁，在不创建对象时不需要加锁，我们可以在加锁前做一个判断，如果对象被创建了则直接返回，如果对象没创建则进到加锁区域，在锁内在进行判断对象是否真的为空，为空则创建对象。这样子，我们第一个判断是保证了性能，第二个判断保证线程安全。实际上，在多线程的情况下，可能会出现问题，出现问题的原因是JVM在实例化对象的时候会进行优化和指令重排序操作。我们可以使用volatile关键字修饰的变量，可以保证其指令的有序性和可见性 。最终我们的代码是实现如下：
/**
* 单例模式 懒汉式 双重检测法
*/
public class Singleton3 {
// 1.私有构造方法
private Singleton3() {}
// 2.声明成员变量
private static volatile Singleton3 instanse;
// 3.对外提供
public static Singleton3 getInstance() {
// 双重检测
if(instanse == null) { // 保证性能
synchronized (Singleton3.class) {
if (instanse == null) { // 保证线程安全
instanse = new Singleton3();
}
}
}
return instanse;
}
}5.4 静态内部类创建对象
静态内部类的特性：静态内部类单例模式中实例由内部类创建，由于虚拟机在加载外部类的过程中, 是不会加载静态内部类的, 只有内部类的属性或方法被调用时才会被加载, 并初始化其静态属性。静态属性由于被 static 修饰，保证只被实例化一次，并且严格保证实例化顺序。
静态内部类的特性完全符合懒汉式单例模式的特点，在加载外部类时不会创建静态内部类，在静态内部类中的属性被调用时才会创建，如果静态内部类的属性被static修饰，只会实例化一次。那么，我们的代码实现可以如下：
package com.coderedma.shejimoshi.creator.singleton.demo4;
import java.io.ObjectStreamException;
import java.io.Serializable;
/**
* 单例模式 懒汉式 静态内部类
*/
public class Singleton4 {
// 1.私有构造方法
private Singleton4() {}
// 2. 声明一个静态内部类
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton4 INSTANCE = new Singleton4();
}
// 3.对外提供访问方式
public static Singleton4 getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
第一次加载Singleton4类时不会去初始化INSTANCE，只有第一次调用getInstance，虚拟机才会加载SingletonHolder并初始化INSTANCE。这样不仅能确保线程安全，也能保证 Singleton4 类的唯一性。
实际上，静态内部类单例模式是一种优秀的单例模式，是在项目中比较常用的一种单例模式。在没有加任何锁的情况下，保证了多线程下的安全，并且没有任何性能影响和空间的浪费。
6.破坏单例模式
什么叫做破坏单例模式呢？从单例模式的定义入手，单例模式是一个类只会创建一个对象，即一个类的实例化只会在内存中出现一次。那么，如果一个类可以创建多个对象，不就是破坏了单例模式吗？
破坏单例模式：一个类可以创建多个对象。
破坏单例模式有两种方式 反序列化和反射
6.1 反序列化破坏单例模式
我们可以通过反序列化破坏单例模式。下面，就是验证我们的结论，反序列化是否可以破坏单例模式。
我们知道，类在实现了Serializable接口就可以实现对象的反序列化。
public class Singleton4 implements Serializable我们写一个方法将对象序列化
/**
* 对象写入aaa.txt中
* @throws Exception
*/
public void writeObject() throws Exception {
Singleton4 instance = Singleton4.getInstance();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("D:\\凉尘\\Documents\\java\\javashejimoshi\\aaa.txt"));
oos.writeObject(instance);
oos.close();
}我们创建一个Singleton4类的对象，将这个对象通过ObjectOutputStream类序列化到aaa.txt这个文件中去。
然后，我们再写一个方法将对象反序列化
/**
* 从aaa.txt中读取对象
* @return
* @throws Exception
*/
public Singleton4 readObject() throws Exception {
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("D:\\凉尘\\Documents\\java\\javashejimoshi\\aaa.txt"));
Singleton4 instance = (Singleton4) ois.readObject();
ois.close();
return instance;
}我们通过ObjectInputStream类读取aaa.txt总的对象，将它转为Singleton4类型。然后，我们写一个test方法，验证我们的结论，反序列化是否可以破坏单例模式。
// 测试破坏单例模式 反序列化
@Test
public void testAttactSingleton() throws Exception {
// 写入对象
writeObject();
// 读取对象
Singleton4 instance1 = readObject();
Singleton4 instance2 = readObject();
// 判断两个对象是否是同一个对象
System.out.println(instance1 == instance2);
}我们在方法中先通过writeObject方法将对象写入到aaa.txt中，再通过readObject方法从aaa.txt中读取对象，我们读了两次对象，然后判断两个对象是否是同一个，在Java中，== 比较的是两个对象的地址是否相同，如果相同，返回true，如果不相同，返回false。
运行代码，得到如下结果：
false返回false，则表示两个对象在内存中不是同一块地址。所以单例模式被破坏。我们的结论成立，反序列化可以破坏单例模式。
6.2 反射破坏单例模式
我们可以通过反射破坏单例模式。
我们写一个test方法，看看反射是否真的可以破坏单例模式。
// 测试破坏单例模式 反射
@Test
public void testAttactSingleton2() throws Exception {
// 获取类的字节码对象
Class clazz = Singleton4.class;
// 获取构造函数
Constructor ctor = clazz.getDeclaredConstructor();
// 不检查权限
ctor.setAccessible(true);
// 创建对象
Singleton4 instance1 = ctor.newInstance();
Singleton4 instance2 = ctor.newInstance();
// 判断两个对象是否是同一个对象
System.out.println(instance1 == instance2);
} 我们知道，反射首先要获取类的字节码对象，然后通过字节码对象获取类的构造函数、成员方法等。我们这里是获取类的构造函数，由于，我们的构造函数是设置了私有，所以需要让虚拟机不检查权限，然后，我们可以拿着类的构造方法去实例化对象，实例出两个对象做比较。
false比较的结果是false，表示两个对象在内存中不是同一块地址。所以，我们的反射同样可以破坏单例模式。
既然我们的反序列化和反射都可以破坏单例模式，那么有没有什么解决方案让反序列化和反射破坏不了单例模式呢，答案是有的，至于，怎么解决问题，就交给小伙伴们自己去思考了。
7. 总结
（1）单例模式是一个类只会创建一个对象
（2）单例模式有两种形式： 饿汉式、懒汉式
（3）饿汉式单例模式是类在加载时就会创建对象，懒汉式单例模式是类在加载时不会创建对象，只有在首次使用时才会创建对象
（4）饿汉式有两种实现方法：静态成员变量创建对象和静态代码块创建对象
（5）懒汉式有两种实现方法：双重检测法创建对象和静态内部类创建对象
（6）破坏单例模式有两种方法：反序列化和反射