Java单例模式实现，一次性学完整，面试加分项
单例模式是设计模式中使用最为普遍的一种模式。属于对象创建模式，它可以确保系统中一个类只产生一个实例。这样的行为能带来两大好处：
- 对于频繁使用的对象，可以省略创建对象所花费的时间，这对于那些重量级对象而言，是非常可观的一笔系统开销。
- 由于new操作的次数减少，因而对系统内存的使用频率也会降低，这将减轻GC压力，缩短GC停顿时间。
在实际应用中，很多时候有一些对象我们只需要一个，例如：线程池（threadpool）、缓存（cache）、注册表（registry）、日志对象等等，这个时候把它设计为单例模式是最好的选择。
1、单例模式6种实现方法
1）懒汉模式(线程不安全)
public class Singleton01 {
private static Singleton01 instance;
/**
* 私有构造方法
*/
private Singleton01(){}
public static Singleton01 getInstance() {
if(instance == null) {
instance = new Singleton01();
}
return instance;
}
}
这种写法实现延迟加载，但线程不安全。禁止使用！
2）懒汉模式(线程安全)
public class Singleton02 {
private static Singleton02 instance;
/**
* 私有构造方法
*/
private Singleton02(){}
public static synchronized Singleton02 getInstance() {
if(instance == null) {
instance = new Singleton02();
}
return instance;
}
}
这种写法实现延迟加载，且增加synchronized来保证线程安全，但效率太低。不建议使用
3）懒汉模式(双重校验锁)
public class Singleton03 {
private volatile static Singleton03 instance;
/**
* 私有构造方法
*/
private Singleton03(){}
public static Singleton03 getInstance() {
if(instance == null) {
synchronized (Singleton03.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton03();
}
}
}
return instance;
}
}
使用到了volatile机制。这个是第二种方式的升级版，俗称双重检查锁定。既保证了效率，又保证了安全。
4）饿汉模式
public class Singleton03 {
private static Singleton03 instance = new Singleton03();
/**
* 私有构造方法
*/
private Singleton03(){}
public static synchronized Singleton03 getInstance() {
return instance;
}
}
这种基于类加载机制避免了多线程的同步问题，初始化的时候就给装载了。但却没了懒加载的效果。
这也是最简单的一种实现。
5）静态内部类
public class Singleton04 {
// 静态内部类
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton04 INSTANCE = new Singleton04();
}
/**
* 私有构造方法
*/
private Singleton04(){}
public static Singleton04 getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
这种方式当Singleton04类被加载时，其内部类并不会被加载，所以单例类INSTANCE不会被初始化。
只有显式调用getInstance方法时，才会加载SingletonHolder，从而实例化INSTANCE。
由于实例的建立是在类加载时完成，所以天生线程安全。因此兼备了懒加载和线程安全的特性。
6）枚举（号称最好）
public enum EnumSingleton01 {
INSTANCE;
public void doSomething() {
System.out.println("doSomething");
}
}
模拟数据库链接：
public enum EnumSingleton02 {
INSTANCE;
private DBConnection dbConnection = null;
private EnumSingleton02() {
dbConnection = new DBConnection();
}
public DBConnection getConnection() {
return dbConnection;
}
}
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，
而且还能防止反序列化重新创建新的对象。
2、为什么说枚举方法是最好的？
前5种方式实现单例都有如下3个特点：
- 构造方法私有化
- 实例化的变量引用私有化
- 获取实例的方法共有
首先，私有化构造器并不保险。因为它抵御不了反射攻击,其次就是序列化重新创建新对象。下面来进行验证。
1） 反射验证
@Test
public void reflectTest() throws Exception {
Singleton03 s = Singleton03.getInstance();
// 拿到所有的构造函数，包括非public的
Constructor<Singleton03> constructor = Singleton03.class.getDeclaredConstructor();
constructor.setAccessible(true);
// 构造实例
Singleton03 reflection = constructor.newInstance();
System.out.println(s);
System.out.println(reflection);
System.out.println(s == reflection);
}
输出结果：
org.yd.singleton.Singleton03@61e4705b
org.yd.singleton.Singleton03@50134894
false
再看看枚举类的测试
@Test
public void reflectEnumTest() throws Exception {
EnumSingleton01 s = EnumSingleton01.INSTANCE;
// 拿到所有的构造函数，包括非public的
Constructor<EnumSingleton01> constructor = EnumSingleton01.class.getDeclaredConstructor();
constructor.setAccessible(true);
// 构造实例
EnumSingleton01 reflection = constructor.newInstance();
System.out.println(s);
System.out.println(reflection);
System.out.println(s == reflection);
}
输出结果：
java.lang.NoSuchMethodException: org.yd.singleton.EnumSingleton01.<init>()
at java.lang.Class.getConstructor0(Class.java:3082)
at java.lang.Class.getDeclaredConstructor(Class.java:2178)
at org.yd.singleton.SingletonTest.reflectEnumTest(SingletonTest.java:61)
at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)
at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
结论：通过反射，单例模式的私有构造方法也能构造出新对象。不安全。而枚举类直接抛异常，说明枚举类对反射是安全的。
2） 序列化验证
@Test
public void serializeTest(){
Singleton03 s = Singleton03.getInstance();
String serialize = JSON.toJSONString(s);
Singleton03 deserialize =JSON.parseObject(serialize,Singleton03.class);
System.out.println(s);
System.out.println(deserialize);
System.out.println(s == deserialize);
}
输出结果：
org.yd.singleton.Singleton03@387c703b
org.yd.singleton.Singleton03@75412c2f
false
结论：序列化前后两个对象并不相等。所以序列化也是不安全的。
同样看看枚举类的测试
@Test
public void serializeEnumTest(){
EnumSingleton01 s = EnumSingleton01.INSTANCE;
String serialize = JSON.toJSONString(s);
EnumSingleton01 deserialize =JSON.parseObject(serialize,EnumSingleton01.class);
System.out.println(s);
System.out.println(deserialize);
System.out.println(s == deserialize);
}
输出结果：
INSTANCE
INSTANCE
true
结论：说明枚举类序列化安全。
综上，可以得出结论：枚举是实现单例模式的最佳实践。
- 反射安全
- 序列化/反序列化安全
- 写法简单
