java设计模式(一)——单例模式
1、基本概念
单例设计模式，就是采取一定的方法保证在整个的软件系统中,对某个类只能存在一个对象实例，
并且该类只提供-一个取得其对象实例的方法(静态方法)。如：一般情况下，数据库的连接
2、饿汉式
2.1、饿汉式(静态常量）
class Singleton { private final static Singleton1 singleton = new Singleton(); private Singleton(){} public static Singleton getInstance(){ return singleton; } }
优缺点:
1) 优点:这种写法比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题,性能高。
2)缺点: 在类装载的时候就完成实例化，没有达到Lazy Loading的效果。如果从始至终从未使用过这个实例，则
会造成内存的浪费
3)这种方式基于classloder机制避免了多线程的同步问题，不过，instance 在类装载时就实例化，在单例模式中大
多数都是调用getInstance方法，但是导致类装载的原因有很多种，因此不能确定有其他的方式(或者其他的静
态方法)导致类装载，这时候初始化instance就没有达到lazy loading的效果
4)结论: 这种单例模式可用，可能造成内存浪费
2.2、饿汉式 (静态代码块)
class Singleton { private static Singleton singleton; static { singleton = new Singleton(); } private Singleton(){} public static Singleton getInstance(){ return singleton; } }
使用静态块的方式在类加载的时候实例化，优缺点和上面一样
3、懒汉式
3.1、懒汉式(线程不安全)
class Singleton { private static Singleton singleton; private Singleton(){} public static Singleton getInstance(){ if(singleton == null) { singleton = new Singleton(); } return singleton; } }
优缺点:
1) 起到了Lazy Loading的效果，但是只能在单线程下使用。
2) 如果在多线程下， 一个线程进入了if (singleton = null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过
了这个判断语句，这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式
3) 结论:在实际开发中，不推荐使用这种方式
3.2、懒汉式(线程安全， 同步方法)
class Singleton { private static Singleton singleton; private Singleton(){} public static synchronized Singleton getInstance(){ if(singleton == null) { singleton = new Singleton(); } return singleton; } }
优缺点:
1)解决了线程安全问题
2)效率太低了， 每个线程在想获得类的实例时候，执行getlnstance(方法都要进行同步。而其实这个方法只执行
一次实例化代码就够了，后面的想获得该类实例，直接return就行了。方法进行同步效率太低
3)结论: 在实际开发中，不推荐使用这种方式
3.3、懒汉式(线程不安全， 同步代码块)
class Singleton { private static Singleton singleton; private Singleton(){} public static Singleton getInstance(){ if(singleton == null) { synchronized (Singleton.class){ singleton = new Singleton(); } } return singleton; } }
效果和3.1一样，不推荐使用
3.4、双重检查锁
class Singleton { private static volatile Singleton singleton; private Singleton(){} public static Singleton getInstance(){ if(singleton == null) { synchronized (Singleton.class){ if(singleton == null ){ singleton = new Singleton(); } } } return singleton; } }
volatile：1》当主内存的值更新后，就可以立即更新到工作内存中，保证可见性，避免后来的线程等待
2》还可以防止指令重排。
优缺点:
1) Double-Check 概念是多线程开发中常使用到的，如代码中所示，我们进行了两次if (singleton == null)检查，这
样就可以保证线程安全了。
2)这样， 实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断if (== nul)，直接return实例化对象，也减少性能开销。
第二个if(singleton ==null)防止前面一个线程刚好创建了，释放了锁刚好第二个线程走到
Synchronized进来了，如果这里不判断的话会导致重新创建了对象。这里需要加volatite关键字，是为了会由于指令重排问题导致出现未完全初始化的对象
对象创建时会有下面步骤：
1). 开辟堆空间
2). 对开辟的空间进行初始化
3). 将内存空间地址赋值给singleton对象
如果不加volatile 2和3顺序是可以打乱的，如果未初始化的对象赋值给了变量被业务使用了那么会造成
不可预知的
3)线程安全; 延迟加载;效率较高
4)结论: 在实际开发中，推荐使用这种单例设计模式
3.5、静态内部类
class Singleton { private static Singleton singleton; private static class SingletonInstance{ //声明一个静态属性 private static final Singleton SINGLETON = new Singleton(); } public static Singleton getInstance(){ return SingletonInstance.SINGLETON; } }
优缺点:
1) 这种方式采用了类装载的机制来保证初始化实例时只有一个线程。
2)静态内部类方式在Singleton类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用getlnstance方法，才
会装载SingletonInstance类，从而完成Singleton的实例化。
3)类的静态属性只会在第一-次加载类的时候初始化，所以在这里，JVM帮助我们保证了线程的安全性，在类进行
初始化时，别的线程是无法进入的。
4)优点:避免了线程不安全，利用静态内部类特点实现延迟加载，效率高
5)结论: 推荐使用.
3.6、单例破坏
以上单例创建方式都可以通过反射和反序列化给破坏掉
1》反射破坏单例原理：虽然构造器设置为私有，但是可以通过设置强制访问来调用其构造函数，具体为： c.setAccessible(true);
2》 序列化破坏单例原理：反序列化后的对象会重新分配内存，即重新创建
反射破坏：
单例：
public class HungerSingleton { private final static HungerSingleton singleton = new HungerSingleton(); private HungerSingleton(){} public static HungerSingleton getInstance(){ return singleton; } }
测试：
public class Test {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class<HungerSingleton> clazz = HungerSingleton.class;
Constructor<HungerSingleton> constructor = clazz.getDeclaredConstructor();
constructor.setAccessible(true);
HungerSingleton hungerSingleton = constructor.newInstance();
HungerSingleton hungerSingleton2 = constructor.newInstance();
System.out.println(hungerSingleton);
System.out.println(hungerSingleton2);
System.out.println(hungerSingleton == hungerSingleton2);
}
}
输出结果：
com.springboot.designPattern.singlon.hunger.HungerSingleton@68de145 com.springboot.designPattern.singlon.hunger.HungerSingleton@27fa135a false
解决办法：
在构造方法中抛出异常。
public class HungerSingleton { private final static HungerSingleton singleton = new HungerSingleton(); private HungerSingleton(){ if(singleton != null){ throw new RuntimeException("非法访问异常"); } } public static HungerSingleton getInstance(){ return singleton; } }
序列化破坏：
单例：需要实现Serializable 接口
import java.io.Serializable; public class HungerSingleton implements Serializable { private final static HungerSingleton singleton = new HungerSingleton(); private HungerSingleton(){ if(singleton != null){ throw new RuntimeException("非法访问异常"); } } public static HungerSingleton getInstance(){ return singleton; } }
序列化破坏：
import java.io.FileInputStream; import java.io.FileOutputStream; import java.io.ObjectInputStream; import java.io.ObjectOutputStream; public class Test { public static void main(String[] args) throws Exception { HungerSingleton hungerSingleton3 = HungerSingleton.getInstance(); FileOutputStream outputStream = new FileOutputStream("HungerSingleton.obj"); ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(outputStream); objectOutputStream.writeObject(hungerSingleton3); outputStream.close(); FileInputStream fileInputStream = new FileInputStream("HungerSingleton.obj"); ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(fileInputStream); HungerSingleton hungerSingleton4 = (HungerSingleton)objectInputStream.readObject(); System.out.println(hungerSingleton3); System.out.println(hungerSingleton4); System.out.println(hungerSingleton3 == hungerSingleton4); } }
输出结果：
com.springboot.designPattern.singlon.hunger.HungerSingleton@5f4da5c3 com.springboot.designPattern.singlon.hunger.HungerSingleton@1ee0005 false
解决方法：
在单例这加入readResolve()方法
public class HungerSingleton implements Serializable { private final static HungerSingleton singleton = new HungerSingleton(); private HungerSingleton(){ if(singleton != null){ throw new RuntimeException("非法访问异常"); } } public static HungerSingleton getInstance(){ return singleton; } //反序列化调用 private Object readResolve(){ return singleton; } }
readResolve()方法防止反序列化破坏单例原理：在反序列化调用readObject()方法中，会先反序列
化一个实例，再进行判断是否定义了该方法，如果定义了该方法，则将刚才反序列化生成的对象进
行覆盖。其实实际上实例化了两次，只不过新创建的对象没有被返回
4、注册式
4.1、枚举
public enum EnumSingleTon {
INSTANCE;
public static EnumSingleTon getInstance(){
return EnumSingleTon.INSTANCE;
}
}
优缺点:
1)不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象。,避免反射带来的问题。
2)结论: 推荐使用
枚举式单例模式，无法通过反射及反序列化来破坏单例。
无法通过反射破坏单例 是因为jdk底层做了限制，当发现反射调用的是枚举的构造器时，会抛出异常；
无法反序列化来破坏单例是因为反序列化时如果该Enum类已被实例化则通过类名及类对象找到该枚举类并返回；
4.2、容器式
import java.util.Map; import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap; public class ContainerSingleton { private ContainerSingleton(){} private static Map<String,Object> map = new ConcurrentHashMap<>(); public static Object getInstance(String className){ Object instance = null; if(!map.containsKey(className)){ try { instance = Class.forName(className).newInstance(); map.put(className, instance); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); } return instance; }else{ return map.get(className); } } }
优缺点：
方便于管理众多的单例对象，但会出现线程安全问题，也会出现反射和反序列化
破坏其单例的现象，spring中的对象管理通过该方式
如果需要线程安全，我们可以加锁
public static Object getInstance2(String className){ Object instance = null; if(!map.containsKey(className)){ synchronized (ContainerSingleton.class){ if(!map.containsKey(className)){ try { instance = Class.forName(className).newInstance(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } map.put(className, instance); } } } return map.get(className); }
