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Java单例模式实现,一次性学完整,面试加分项

开发技术 开发技术 2周前 (04-08) 10次浏览

单例模式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

程序员灯塔
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