单例模式大全，反射拆解！你要的8种单例都在这！
单例模式几乎是面试中必考的设计模式。单例到底有几种写法呢？每种写法有什么不同，怎么来保证线程安全？反射怎么破解单例模式？被破解后又该怎么更改？本文用奇淫技巧的方式，带你玩转单例模式。单例模式大全，反射爆破拆解！你要的8种单例都在这！
本文讲述单例设计模式的8种方式，反射和单例的相爱相杀🙃
单例模式
单例模式：类的对象有且只有一个
首先控制对象的产生数量：将构造方法私有化(从源头控制对象数量,控制构造方法)
构造方法私有化：
任何其他类均无法参生此对象(本质是任何他类均无法调用构造方法，所以无法产生对象)
唯一的一个对象产生于类内部
唯一的属性为<静态属性>，并且类中提供静态方法取得此对象。因为类的外部无法产生对象，因此无法调用对象方法
1. 饿汉式–静态常量
饿汉式单例，顾名思义，就是很饥渴🙃，一上来就new产生实例化对象
/*** 饿汉式三个核心组成
* 1.构造方法私有化
* 2.类内部提供静态私有域
* 3.类内部提供静态方法返回唯一对象
*/
classSingletons{
//唯一的对象在类加载时产生
privatefinalstatic Singletons single = new Singletons();
//构造方法私有化
privateSingletons(){ }
//静态方法-----为什么是静态方法？？
//因为在类的外部无法产生对象，因此无法调用对象方法
//通过getter方法取得唯一的对象
publicstatic Singletons getInstance(){
return single;
}
publicvoidprint(){
System.out.println("饿汉式单例,上来直接new……");
}
}
publicclassHungrySingleton01{
publicstaticvoidmain(String[] args){
//不能直接new,而是通过 Singleton.getInstance()静态方法取得类中已经产生好的对象
Singletons single = Singletons.getInstance();
Singletons single1 = Singletons.getInstance();
System.out.println(single == single1);
single.print();
}
}
因为是静态常量，single和single1一定是同一个对象，所在的内存地址是相同的
饿汉式单例 (静态常量)
【优点】：书写简单，类加载时就完成了实例化，避免了线程同步问题
【缺点】：在类加载就完成实力化，没有达到懒加载的效果。如果从始至终没有使用过这个实例对象，会造成内存浪费
【总结】
- 可用，但是可能会造成内存资源的浪费
2. 饿汉式–静态代码块
classSingleton02{privatestatic Singleton02 single;
privateSingleton02(){ }
static {
single = new Singleton02();
}
publicstatic Singleton02 getInstance(){
return single;
}
publicvoidprint(){
System.out.println("饿汉式单例,静态代码块方式");
}
}
publicclassHungrySingleton02{
publicstaticvoidmain(String[] args){
Singleton02 single = Singleton02.getInstance();
Singleton02 single1 = Singleton02.getInstance();
System.out.println(single == single1);
single.print();
}
}
饿汉式单例 (静态代码块)
这种方式的优缺点和上面第一种静态变量的没差别，区别就是初始化的位置不同，初始化的过程放到了静态代码块。
3. 懒汉式–线程不安全
当第一次去使用Singleton对象的时候才会为其产生实例化对象
通过一个静态公有方法，当使用到该方法时，才创建对象(懒汉式)
/*** @Author: Mr.Q
* @Description:懒汉式单例---线程不安全
* 特点: 当第一次去使用Singleton对象的时候才会为其产生实例化对象的操作.
*/
classSingleton{
privatestatic Singleton single;
//private 声明无参构造
privateSingleton(){ }
//静态公有方法，当使用到该方法时，才创建对象(懒汉式)
publicstatic Singleton getInstance(){
if(single == null) {
single = new Singleton();
}
return single;
}
publicvoidprint(){
System.out.println("懒汉式单例(线程不安全)，用的时候再new产生对象……");
}
}
publicclassLazySingleton{
publicstaticvoidmain(String[] args){
Singleton single = Singleton.getInstance();
Singleton single1 = Singleton.getInstance();
System.out.println(single == single1);
single.print();
}
}
懒汉式单例 (线程不安全)
【优缺点】
这种写法是存在线程安全问题的。类比于上面两种饿汉式单例模式，它们在没有调用时虽然会造成内存资源的浪费，但是是安全的。因为在类加载时就完成了实例化，避免了线程同步问题。
但是这种懒汉式写法，起到了懒加载效果，但是只能在单线程下使用
【线程安全问题分析】
在多线程场景下，一个线程进入了getInstance方法的if条件判断if(single == null)，还没来得及继续向下执行，另一个新进入的线程也通过了这个判断语句，这是就会产生多个实例，就不是单例的了。
所以此方法在多线程场景下不可使用。
4. 懒汉式–同步方法
既然线程不安全，那我们给他加把锁在getInstance方法上保证线程安全。
/*** @Author: Mr.Q
* @Description:懒汉式单例---同步方法(效率太低)
*/
classSingleton04{
privatestatic Singleton04 single;
//private 声明无参构造
privateSingleton04(){ }
//静态公有方法，当使用到该方法时，才创建对象(懒汉式)
publicsynchronizedstatic Singleton04 getInstance(){
if(single == null) {
single = new Singleton04();
}
return single;
}
publicvoidprint(){
System.out.println("懒汉式单例(线程安全)，同步方法效率太低");
}
}
publicclassLazySingleton04{
publicstaticvoidmain(String[] args){
Singleton04 single = Singleton04.getInstance();
single.print();
}
}
懒汉式单例(同步方法)
【优点】：解决了线程不安全的问题
【缺点】
- 效率太低。每个线程想要获取类的实例时，都要等在
getInstance这个同步方法外，串型执行。但是由于是单例模式，只会产生一个实例化对象，第一个线程实例化完对象之后，后面的线程便不需要执行if的条件判断了，直接return即可，但是在进入同步方法时每次都要等待，效率太低。
5. 懒汉式–同步代码块
先来说一种错误示范：
在if条件中添加同步代码块
这段代码看起来很完美，很可惜，它是有问题。主要在于single= new Singleton()这句，这并非是一个原子操作。
此处由于不是原子操作，编译器可能会产生指令重排的问题，所以需要保证原子性，同时加上双重if条件判断。懒汉式 (同步代码块)正确的写法应该是双重检查DCL
6. 双重检查DCL
volatile关键字修饰，轻量级锁，可以使修改值修改后立即更新到主存
privatevolatilestatic SafeSingleton single = null;【这里添加volatile的原因是】
single = new SafeSingleton();创建对象这条语句不是原子操作
new关键字创建对象的过程分为三步：
分配内存空间；
堆内存上创建对象（执行构造方法）；
将对象的引用指向堆内存；
由于不是原子操作，就可能产生指令重排的问题。
步骤2和步骤3可能会被编译器指令重排，1 -> 2 -> 3的执行顺序变为了1 -> 3 -> 2
先把对象的应用空间指向堆空间，然后再在堆上创建对象。(理解为图书馆占座位，人还没到，但是位置上却被占用了)
判断非空，但是实际拿到的对象还未完成初始化去创建，就会出现空指针异常。
所以要防止指令重排，保证有序性，及时通知其线程single的实时状态，就必须加上volatile关键字来防止指令重排，保证1 -> 2 -> 3的执行顺序。
classSafeSingleton{//使用volatile关键字保其可见性
privatevolatilestatic SafeSingleton single = null;
privateSafeSingleton(){ }
//同步代码块上锁
publicstatic SafeSingleton getInstance(){
if(single == null) {
synchronized (SafeSingleton.class) {
//双重检查
if (single == null) {
single = new SafeSingleton();
}
}
}
return single;
}
publicvoidprint(){
System.out.println("双重检测锁的DCL单例");
}
}
publicclassReflectDCL{
publicstaticvoidmain(String[] args){
//静态方法取得类中已经产生好的对象
SafeSingleton single = SafeSingleton.getInstance();
single.print();
}
}
【双重检查分析】
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(single == null)的检查，这样就可以保证线程安全了。这样，实例化代码只用执行一次，后面再次访问时，判断
if(single == null)直接 return实例化对象，也避免的反复进行方法同步线程安全；延迟加载；效率较高
7. 静态内部类
我们首先对静态内部类做一个回顾👉还好面试官还没问，赶紧把【内部类】的知识点补上
静态内部类也是作为一个外部类的静态成员而存在，创建一个类的静态内部类对象不需要依赖其外部类对象
在外部类加载时，静态内部类不会被立即加载，而是在外部类中被使用时才会加载，这符合懒加载的策略。
当我们在外部类中调用静态内部类时，会被加载，并且只会被加载一次，在加载时线程是安全的，保障了线程的安全性。
classStaticInner{privateStaticInner(){ }
//静态内部类
privatestaticclassSingleton{
privatestaticfinal StaticInner INSTANCE = new StaticInner();
}
publicstatic StaticInner getSingleton(){
return Singleton.INSTANCE;
}
publicvoidprint(){
System.out.println("静态内部类的线程安全的懒汉式单例");
}
}
publicclassStaticInnerSingle06{
publicstaticvoidmain(String[] args){
StaticInner single = StaticInner.getSingleton();
single.print();
}
}
静态内部类
- 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
- 静态内部类方式在外部类被加载时并不会立即变例化，而是在需要实例化时，调用getSingleton方法，才会装载 Singleton内部类，从而完成外部类的实例化。
- 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
- 优点：避免了线程不安全，利用静态内部类的特点实现延迟加载，效率高
8. 枚举
这借助DK15中添加的枚举来实现单例模式。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。
enum Singleton {INSTANCE; //属性
publicstatic Singleton getInstance(){
return Singleton.INSTANCE;
}
}
publicclassEnum07{
publicstaticvoidmain(String[] args){
Singleton single = Singleton.getInstance();
Singleton single1 = Singleton.getInstance();
System.out.println(single == single1);
}
}
9. 反射！为所欲为？
先来对反射的内容做个回顾👉反射，就是要为所欲为
DCL双重检查破坏
通过反射或者序列化会破坏单例，我们就以线程安全的DCL单例来说明。
还是tittle6的代码，我们通过反射来破坏
publicstaticvoidmain(String[] args)throws Exception {SafeSingleton single = SafeSingleton.getInstance();
Constructor<SafeSingleton> dc = SafeSingleton.class.getDeclaredConstructor();
dc.setAccessible(true);
SafeSingleton singleCopy = dc.newInstance();
//false,单例被破坏
System.out.println(singleCopy == single);
}
结果输出：false
输出为false，说明单例模式创建了两个对象，被反射破坏了。那如何解决呢？
首先，反射是通过无参构造来创建class对象的，我们在SafeSingleton的构造中再加一把锁来判断：
classSafeSingleton{//使用volatile关键字保其可见性
privatevolatilestatic SafeSingleton single = null;
privateSafeSingleton(){
synchronized (SafeSingleton.class) {
if (single != null) {
thrownew RuntimeException("Don't destroy by reflection");
}
}
}
//同步代码块上锁
publicstatic SafeSingleton getInstance(){
if(single == null) {
synchronized (SafeSingleton.class) {
//双重检查
if (single == null) {
single = new SafeSingleton();
}
}
}
return single;
}
}
publicclassReflectDCL{
publicstaticvoidmain(String[] args)throws Exception {
SafeSingleton single = SafeSingleton.getInstance();
Constructor<SafeSingleton> dc = SafeSingleton.class.getDeclaredConstructor();
dc.setAccessible(true);
SafeSingleton singleCopy = dc.newInstance();
//false,单例被破坏
System.out.println(singleCopy == single);
}
}
问题解决，此时反射无法创建对象。
问题又双出现
刚才单例的对象是通过私有构造方法创建的，即调用了getInstance()方法。但是，我不用这样创建，我唯一一个对象也是通过反射来创建呢？
将
SafeSingleton single = SafeSingleton.getInstance();换成
SafeSingleton single = dc.newInstance();
这时，单例模式又出幺蛾子了，又被反射爆破了！
问题解决
我们可以通过添加一个标志位flag来判断，防止反射破坏
classSafeSingleton03{//使用volatile关键字保其可见性
privatevolatilestatic SafeSingleton03 single = null;
//添加标志位
privatestaticboolean flag = false;
privateSafeSingleton03(){
synchronized (SafeSingleton03.class) {
if (flag == false) {
flag = true;
}else {
thrownew RuntimeException("Don't destroy by reflection");
}
}
}
//同步代码块上锁
publicstatic SafeSingleton03 getInstance(){
if(single == null) {
synchronized (SafeSingleton03.class) {
//双重检查
if (single == null) {
single = new SafeSingleton03();
}
}
}
return single;
}
publicstaticvoidmain(String[] args)throws Exception {
Constructor<SafeSingleton03> dc = SafeSingleton03.class.getDeclaredConstructor();
dc.setAccessible(true);
SafeSingleton03 single = dc.newInstance();
SafeSingleton03 singleCopy = dc.newInstance();
System.out.println(single);
System.out.println(singleCopy);
System.out.println(single == singleCopy);
}
}
再次执行，我们发现标志位法可以拦截两次反射的破坏。
问题又双叒出现
在反射中，我们不仅可以获取构造方法呀，还可以获取成员变量呀。那flag通过反射获取并修改，不就有不行了？
classSafeSingleton03{//使用volatile关键字保其可见性
privatevolatilestatic SafeSingleton03 single = null;
//添加标志位
privatestaticboolean flag = false;
privateSafeSingleton03(){
synchronized (SafeSingleton03.class) {
if (flag == false) {
flag = true;
}else {
thrownew RuntimeException("Don't destroy by reflection");
}
}
}
//同步代码块上锁
publicstatic SafeSingleton03 getInstance(){
if(single == null) {
synchronized (SafeSingleton03.class) {
//双重检查
if (single == null) {
single = new SafeSingleton03();
}
}
}
return single;
}
publicstaticvoidmain(String[] args)throws Exception {
Constructor<SafeSingleton03> dc = SafeSingleton03.class.getDeclaredConstructor();
dc.setAccessible(true);
SafeSingleton03 single = dc.newInstance();
//再次通过反射修改属性值
Field flag = SafeSingleton03.class.getDeclaredField("flag");
flag.setAccessible(true);
flag.set(dc,false);
SafeSingleton03 singleCopy = dc.newInstance();
System.out.println(single);
System.out.println(singleCopy);
System.out.println(single == singleCopy);
}
}
通过代码验证，我们发现确实又双出现问题了！
那这，又该怎么搞？
问题，就出在了newInstance方法上，通过反射来创建对象。
我们点开源码看看👀
咦，枚举自带单例模式，反射还破坏不了。是这样吗？我们继续验证
问题最终解决
测试反射能否破坏枚举式单例
enum EnumSingleton {INSTANCE;
}
publicclassEnumTest{
publicstaticvoidmain(String[] args)throws Exception {
EnumSingleton single = EnumSingleton.INSTANCE;
Constructor<EnumSingleton> dc = EnumSingleton.class.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);
dc.setAccessible(true);
EnumSingleton singleCopy = dc.newInstance();
System.out.println(single);
System.out.println(singleCopy);
System.out.println(single == singleCopy);
}
}
至于为什么反射获取的构造方法传入String、int参数，需要通过Jad反编译来查看。不能传入空参构造，否则出现的是
NoSuchMethodException
出现源码中抛出的异常IllegalArgumentException
程序最终抛出：java.lang.IllegalArgumentException: Cannot reflectively create enum objects异常
总结
在JDK中，java.lang.Runtime就是经典的单例模式
singleCopy = dc.newInstance();
System.out.println(single);System.out.println(singleCopy);
System.out.println(single == singleCopy);
}
}
> 至于为什么反射获取的构造方法传入String、int参数，需要通过[Jad](http://java-decompiler.github.io/)反编译来查看。**不能传入空参构造**，否则出现的是`NoSuchMethodException`
出现源码中抛出的异常`IllegalArgumentException`
[外链图片转存中...(img-v08jSJlp-1592189800203)]
> 程序最终抛出：java.lang.IllegalArgumentException: Cannot reflectively create enum objects异常
--------------------------------------------
## 总结
在JDK中，`java.lang.Runtime`就是经典的单例模式
[外链图片转存中...(img-DlGafTDn-1592189800204)]
掌握这样一些单例模式的奇淫技巧，在历经反射的重重爆破之后，相信你会对单例模式有新的了解！
以上是 单例模式大全，反射拆解！你要的8种单例都在这！ 的全部内容， 来源链接： utcz.com/a/24699.html
