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设计模式——单例模式

日期:2019-04-22

单例模式是最简单的也是设计模式系列书籍开篇第一个讲到的模式,在平时的开发中也经常用它来保证获取的都是同一个实例。

定义:确保某一个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。

饿汉模式

public class HungrySingleton { private static final HungrySingleton singleton = new HungrySingleton(); //限制外部产生HungrySingleton对象 private HungrySingleton(){ } //向外提供获取示例的静态方法 public static HungrySingleton getInstance() { return singleton; } //other methods}

饿汉模式是类加载时候就创建对象,利用了jvm特性保证了线程的安全性。

getInstance()方法是static的保证了通过类名可直接获取实例私有构造方法保证了只有自己才可以创建实例

懒汉模式

双重检查加锁 方式

1 public class LazySingleton { 2 private static volatile LazySingleton singleton = null; 3 4 private LazySingleton() { } 5 6 public static LazySingleton getSingleton() { 7 if (singleton == null) { //不用每次获取对象都强制加锁,为了提升了效率 8 synchronized (LazySingleton.class) { 9 if (singleton == null) {10 singleton = new LazySingleton();11 }12 }13 }14 return singleton;15 }16 }第7行代码判空是为了提高效率,不用每次获取对象都强制加锁;第8行同步加锁是为了线程安全;第9行判空是为了保证单例对象的唯一性,只有没被创建才去创建。volatile关键字为了保证singleton对象的可见性并禁止编译器对其进行编译指令重排序优化。

静态内部类 模式

内部类有用static修饰和不用static修饰的内部类:

用static修饰的是静态内部类,相当于其外部类的static成员,不依赖与外部类的实例,静态内部类只可以引用外部类的静态成员属性和静态方法,只在第一次使用到静态内部类的时候才会被装载不用static修饰的内部类称为对象级别内部类,依赖于外部的类实例

public class Singleton2 { /** * 类级的内部类,也就是静态的成员式内部类,该内部类的实例与外部类的实例 * 没有绑定关系,而且只有被调用到时才会装载,从而实现了延迟加载。 */ private static class Singleton2Holder { /** * 静态初始化器,由JVM来保证线程安全 */ private static Singleton2 singleton = new Singleton2(); } private Singleton2() { //System.out.println("singleton2 private construct method called"); } public static Singleton2 getSingleton() { //System.out.println("singleton2 getSingleton method called"); return Singleton2Holder.singleton; } private String name; public void desc() { //System.out.println("singleton2 desc method called"); }}

是饿汉模式的变种形式,利用jvm加载保证线程安全,并且实现了懒加载,只在获取实例的时候才去创建。

JDK中单例的应用

Runtime单例实现

使用的是饿汉模式

破坏单例模式

反射破坏单例模式

/**饿汉模式——反射创建对象*/Class<HungrySingleton> singletonClass = HungrySingleton.class;Constructor<HungrySingleton> singletonConstructor = singletonClass.getDeclaredConstructor();singletonConstructor.setAccessible(true);/**先反射创建*/HungrySingleton hungrySingleton = singletonConstructor.newInstance();/**再通过单例模式获取实例*/HungrySingleton instance = HungrySingleton.getInstance();System.out.println(hungrySingleton);System.out.println(instance);

通过反射修改构造函数可以被访问,通过反射构造的结果和单例模式获取的不是同一个对象。

序列化破坏单例模式

HungrySingleton instance = HungrySingleton.getInstance();jsonString = JSON.toJSONString(instance);HungrySingleton singleton = JSON.parseObject(jsonString, HungrySingleton.class);System.out.println(instance == singleton);

防止被破坏

防止反射创建对象

反射通过调用构造函数来创建对象,如果在构造函数里抛出异常,就可以组织反射创建对象(这种方式不适用与懒汉模式)。

public class HungrySingleton { private static final HungrySingleton singleton = new HungrySingleton(); //限制外部产生Singleton对象 private HungrySingleton() { if (singleton != null) { throw new RuntimeException("不允许创建对象!"); } System.out.println("singleton private construct method called"); } //向外提供获取示例的静态方法 public static HungrySingleton getInstance() { System.out.println("create singleton instance"); return singleton; }}

再用反射创建对象会报错

/**饿汉模式——反射创建对象*/Class<HungrySingleton> singletonClass = HungrySingleton.class;Constructor<HungrySingleton> singletonConstructor = singletonClass.getDeclaredConstructor();singletonConstructor.setAccessible(true);/**先反射创建*/HungrySingleton hungrySingleton = singletonConstructor.newInstance();/**再通过单例模式获取实例*/HungrySingleton instance = HungrySingleton.getInstance();System.out.println(hungrySingleton);System.out.println(instance);

懒汉模式仍然会被破坏(当反射先于懒汉模式创建对象时,仍然会创建多个对象)

/**懒汉模式——反射创建对象*/Class<LazySingleton> lazySingletonClass = LazySingleton.class;Constructor<LazySingleton> lazySingletonConstructor = lazySingletonClass.getDeclaredConstructor();lazySingletonConstructor.setAccessible(true);/**先通过反射获取实例*/LazySingleton lazySingleton = lazySingletonConstructor.newInstance();/**再通过单例模式获取实例*/LazySingleton lazyInstance = LazySingleton.getInstance();System.out.println(lazySingleton);System.out.println(lazyInstance);

懒汉模式仍然会创建两个对象:

singleton.LazySingleton@593634ad 

singleton.LazySingleton@20fa23c1

防止反序列化创建对象

如果是使用ObjectInputStream方式序列化,可以使用readResolve方法来控制。但序列化的方法有很多种,这种方式并不可靠。

枚举单例

《effective java》第77条:对于实例控制,枚举类型优于readResolve。

以下是一个枚举单例的示例

public enum EnumSingleton { INSTANCE; public String getDesc() { return "desc"; } public static void process() { System.out.println("static process method"); } private String name; private Integer age; public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public Integer getAge() { return age; } public void setAge(Integer age) { this.age = age; }}

使用时候直接获取 EnumSingleton.INSTANCE 即可获取当前实例,而且序列化与反序列化不会创建对象。

/**枚举获取实例*/EnumSingleton instance = EnumSingleton.INSTANCE;instance.setName("this is a enum singleton");instance.setAge(28);System.out.println("instance.name:"+instance.getName()+", instance.age:"+instance.getAge());/**序列化*/String jsonString = JSON.toJSONString(instance);/**反序列化创建对象*/EnumSingleton serializerInstance = JSON.parseObject(jsonString, EnumSingleton.class);System.out.println(instance == serializerInstance);Class<EnumSingleton> enumSingletonClass = EnumSingleton.class;Constructor<EnumSingleton> enumSingletonConstructor = enumSingletonClass.getDeclaredConstructor();enumSingletonConstructor.setAccessible(true);/**反射创建*/EnumSingleton enumSingleton = enumSingletonConstructor.newInstance();System.out.println(enumSingleton);

输出:

 instance.name:this is a enum singleton, instance.age:28

true 

java.lang.NoSuchMethodException: singleton.EnumSingleton.<init>()

  at java.lang.Class.getConstructor0(Class.java:3082)

总结,实现单例模式的唯一推荐方法,使用枚举类来实现。

guava中的单例

 guava里有个Suppliers提供了memoize方法,用法如下:

Suppliers.memoize(new Supplier<Object>() { @Override public Object get() { return new Demo(); } });

查看其实现源码,将传入的Suppliers作为代理传给MemoizingSupperlizer,返回一个类型为MemoizingSupperlizer类型的Supperlier对象;如果不是MemoizingSupperlizer类型,创建一个MemoizingSupperlizer实例返回:

MemoizingSupperlizer内部get方法使用double-check方式实现了只执行一次创建对象方法

同样的还有 ExpiringMemoizingSupplier 方法,支持过期时间只有再次调用get方法创建对象(可以用来实现缓存)

参考

《设计模式之禅》https://www.cnblogs.com/shangxinfeng/p/6754345.htmlhttps://www.cnblogs.com/ttylinux/p/6498822.html?utm_source=itdadao&utm_medium=referralhttps://blog.csdn.net/hintcnuie/article/details/17968261https://www.cnblogs.com/ldq2016/p/6627542.html