设计模式——单例模式

单例模式

基本概念

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。
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。
注意：
- 1、单例类只能有一个实例。
- 2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
- 3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
优点：
- 1、在内存里只有一个实例，减少了内存的开销，尤其是频繁的创建和销毁实例（比如管理学院首页页面缓存）。
- 2、避免对资源的多重占用（比如写文件操作）。
缺点：没有接口，不能继承，与单一职责原则冲突，一个类应该只关心内部逻辑，而不关心外面怎么样来实例化。
使用场景：
- 1、要求生产唯一序列号。
- 2、WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
- 3、创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。
注意事项：getInstance() 方法中需要使用同步锁 synchronized (Singleton.class) 防止多线程同时进入造成 instance 被多次实例化。

几种单例模式实现

饿汉式

单例的实例被声明成 static 和 final 变量了，在第一次加载类到内存中时就会初始化，所以创建实例本身是线程安全的。这种写法如果完美的话，就没必要在啰嗦那么多双检锁的问题了。缺点是它不是一种懒加载模式（lazy initialization），单例会在加载类后一开始就被初始化，即使客户端没有调用 getInstance()方法。饿汉式的创建方式在一些场景中将无法使用：譬如 Singleton 实例的创建是依赖参数或者配置文件的，在 getInstance() 之前必须调用某个方法设置参数给它，那样这种单例写法就无法使用了。

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
public class Hungry {
   private Hungry(){ //构造函数私有
   }
   private  static Hungry hungry = new Hungry();//饿汉式直接在本类中实例化对象
   public static Hungry getInstance(){
       return hungry;
   }
   
//反射破解单例模式
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        Hungry instance1 = Hungry.getInstance();
        Constructor<Hungry> declaredConstructor = Hungry.class.getDeclaredConstructor(null);
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        Hungry instance2 = declaredConstructor.newInstance();
        System.out.println(instance1);
        System.out.println(instance2);
    }
}

懒汉式

线程不安全

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton (){}

    public static Singleton getInstance() {
     if (instance == null) {
         instance = new Singleton();
     }
     return instance;
    }
}

线程安全（同步方法）

public class LazyManDemo {
    private LazyManDemo(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
    private  static LazyManDemo instance;
    public static synchronized LazyManDemo getInstance(){
        if(instance==null){
              instance = new LazyManDemo();
            }
        return instance;
        }
    //检查线程安全
        public static void main(String[] args) {
            for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(()->{
                LazyManDemo.getInstance();
            }).start();
        }
    }

线程安全(双检锁)DCL懒汉式
- instance=new LazyMan();并非是一个原子操作，事实上在 JVM 中这句话大概做了下面 3 件事情。
  1. 给 instance 分配内存
  2. 调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量
  3. 将instance对象指向分配的内存空间（执行完这步 instance 就为非 null 了）
- 三件事情的执行顺序不一定是预期中的，所以 instance 变量声明成 volatile 防止指令重排

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;

public class LazyMan {
    private LazyMan(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
    private volatile static LazyMan instance;
    public static LazyMan getInstance(){
        if(instance==null){
            synchronized (LazyMan.class){
                if(instance==null){
                    instance = new LazyMan();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
    //反射暴力破解
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        LazyMan instance1 = LazyMan.getInstance();
        Constructor<LazyMan> declaredConstructor = (Constructor<LazyMan>) instance1.getClass().getDeclaredConstructor(null);
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        LazyMan lazyMan1 = declaredConstructor.newInstance();
        System.out.println(instance1);
        System.out.println(lazyMan1);
    }
}

静态内部类

这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。对静态域使用延迟初始化，应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。

public class Singleton  {
    private Singleton (){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    };
    private static  class Inner{
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    }
    public static final Singleton getInstance(){
        return Inner.INSTANCE;
    }
    //检查线程安全
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(()->{
               Singleton.getInstance();
            }).start();
        }
    }
}

枚举
- 这种实现方式还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还自动支持序列化机制，防止反序列化重新创建新的对象，绝对防止多次实例化。不过，由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性，用这种方式写不免让人感觉生疏，在实际工作中，也很少用。
```
public enum  EnumSingle{
    INSTANCE;
    public EnumSingle getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}
//实际是带有两个参数的构造函数，难以用反射破解
```

posted @ 2021-08-05 15:01 长安街ぷ阅读(33) 评论(0) 收藏举报

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