单例模式

1.1.1 单例模式的结构
1.12 单例模式的实现
1.14 存在的问题
1.15 解决方法

提供了一种创建对象的最佳模式

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象

应用：任务管理器、JDK 中 Runtime 类

1.1.1 单例模式的结构

单例类：只能创建一个实例的类
访问类：使用单例类

1.12 单例模式的实现

分为两种：

饿汉式：类加载就会导致该单例对象被创建
懒汉式：类加载不会导致该单例对象被创建，而是首次使用该对象时才会创建

饿汉式-方式 1 （静态变量成员变量）

public class Singleton {

    // 1. 创建私有构造方法，外界无法直接方法
    private Singleton() {
    }

    // 2. 在本类中创建本类对象
    private static Singleton instance = new Singleton();

    // 3. 提供一个公共的访问方式，让外界获取对象
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }

}

饿汉式-方式 2（静态代码块）

public class Singleton {

    // 1. 创建静态构造方法
    private Singleton() {
    }

    // 2. 声明私有静态 Singleton 类型的变量
    private static Singleton instance;  // null

    static {
        instance = new Singleton();
    }

    //  对外提供公有方法获取对象
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }

}

说明: 随着类加载就被创建，有可能一直未被使用，会存在内存浪费的问题

枚举方式 -- 方式3

// 枚举方式创建单例模式
public enum Singleton {
    INSTANCE;
}

懒汉式 -- 方式1 -- 线程不安全

public class Singleton {
    // 1. 创建私有构造器
    private Singleton() {
    }
    // 2. 声明一个对象成员变量
    private static Singleton instance;

    // 3. 提供公有访问对象的方法
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            // 多线程访问的话，会造成线程不安全的问题
            instance = new Singleton();
        }
//        instance = new Singleton(); // 不加以判断，每次获取到的对象不同
        return instance;
    }

懒汉式 -- 方式2 （添加 synchronized 关键字）

public class Singleton {
    // 1. 创建私有构造器
    private Singleton() {
    }
    // 2. 声明一个对象成员变量
    private static Singleton instance;

    // 3. 提供公有访问对象的方法
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            // 多线程访问的话，会造成线程不安全的问题（添加 synchronized 关键字）
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }

说明：执行效果很低，只有在初始化 instance 时才会出现线程安全问题，一旦初始化完成就不存在了

懒汉式 -- 方式3 （双重检查锁）

没必要让每个线程必须持有锁才能调用该方法，可跳整加锁的时机

// 双重检查锁机制
public class Singleton {

    private Singleton() {
    }

    private  static Singleton instance;
    
    public static Singleton getInstance() {
        // 第一次判断，如果 instance 不为 null，不进入抢锁阶段，直接返回实例
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                // 抢到锁之后再次判断是否为 null
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        
        return instance;
    }
}

说明：在多线程的情况下，可能会出现空指针问题，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

解决方法：使用 volatile 关键字，保证可见性和有序性

懒汉式 --方式4 -- 优化

public class Singleton {

    private Singleton() {
    }

    private  static volatile Singleton instance;
    
    public static Singleton getInstance() {
        // 第一次判断，如果 instance 不为 null，不进入抢锁阶段，直接返回实例
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                // 抢到锁之后再次判断是否为 null
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        
        return instance;
    }
}

说明：添加 volatile 关键字，能够保证在多线程的情况下线程安全也不会有性能问题

懒汉式 -- 方式5 -- 静态内部类
```
public class Singleton {
    private Singleton() {
    }

    // 定义一个静态内部类
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    
    // 对外提供静态方法获取该对象
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}
```
说明：第一次去加载 Singleton 时不会去初始化 INSTANCE, 只有第一次调用 getInstance，虚拟机加载 SingletonHolder 并初始化 INSTANCE,这样不仅能保证线程安全，也能保证 Singleton 类的一致性

小结：

静态内部类单例模式时一种优秀的单例模式，是开源项目种比较常用的一种单例模式，在没有加锁的情况下，保证了多线程的安全，并且没有任何性能影响和空间的浪费

1.14 存在的问题

破环单例模式：

使上面定义的单例类（Singleton）可以创建多个对象，枚举方式除外。有两种方式，分别是序列化和反射

序列化反序列化

// 破坏单例模式，序列化反序列化
public class Client {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        writeObjectFile();
        // 返回的两个对象不一致
        readObjectFromFile(); 
        readObjectFromFile();
    }

    public static void readObjectFromFile() throws IOException, ClassNotFoundException {
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("../\\a.txt"));
        Singleton instance = (Singleton) ois.readObject();
        System.out.println(instance);
        ois.close();

    }

    public static void writeObjectFile() throws Exception {
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("../\\a.txt"));
        oos.writeObject(instance);
        oos.close();
    }
}

反射

// 反射破环单例模式
public class ClientTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 1. 获取 Singleton 的字节码对象
        Class<Singleton> singletonClass = Singleton.class;
        // 2. 获取无参构造方法对象
        Constructor<Singleton> cons = singletonClass.getDeclaredConstructor();
        // 3. 取消访问修饰检查
        cons.setAccessible(true);
        // 4. 创建 Singleton 对象
        Singleton instance = cons.newInstance();
        Singleton instance1 = cons.newInstance();
        System.out.println(instance == instance1); // false

    }
}

1.15 解决方法

序列化、反序列化解决方法

在 Singleton 类里面添加 readResolve() 方法，在反序列化时被调用，如果定义了这个方法，就返回这个方法的值，如果没有定义，则返回新 new 出来的对象
反射解决方法

在构造方法中添加判断对象是否为 null，若不是则抛出 RuntimeException 异常

posted @ 2021-04-11 21:15 -费费阅读(58) 评论(0) 编辑收藏举报

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