设计模式学习单例模式

Z时代
2024-01-10
分类：综合

1.懒汉

懒汉模式是在需要用到该实例的时候才进行实例化

优点:节约资源，在需要用到该实例的时候才初始化

缺点:线程非安全，并发访问情况下，有可能多次实例化，并且每次实例化都覆盖上一次的实例

public class Singleton {
    private static Singleton SINGLETON;
    private Singleton(){}
    public static Singleton getInstance(){
        if(Singleton.SINGLETON == null);
            Singleton.SINGLETON = new Singleton();
        return SINGLETON;
    }
}

2.饿汉

饿汉单例模式在类加载的时候就实例化

优点：安全，不存在并发创建多实例问题

缺点：容易造成资源浪费，一直占用着资源且无法回收

public class Singleton {
    private static final Singleton SINGLETON = new Singleton();
    private Singleton(){}
    public static Singleton getInstance(){
        return SINGLETON;
    }
}

3.懒汉模式(方法加锁)

这种模式在获取实例的时候添加synchronize同步锁能避免多并发情况下造成创建多实例问题

优点:具有懒汉模式的节约资源优点，且方法加锁情况下避免了多并发创建多次实例的情况

确定:方法锁消耗性能比较大，必须是第一访问完整个方法才到第二次访问进入

public class Singleton {
    private static Singleton SINGLETON;
    private Singleton(){}
    public synchronized static Singleton getInstance(){
        if(Singleton.SINGLETON == null);
            Singleton.SINGLETON = new Singleton();
        return SINGLETON;
    }
}

4.双重锁校验(推荐)

双重锁校验是优化了方发锁的方式而来，优化啊了多并发情况下性能低下的结果

优点：保证了线程安全情况下，节约资源且访问性能高

public class Singleton {
    private static Singleton SINGLETON;
    private Singleton(){}
    public static Singleton getInstance(){
        if(Singleton.SINGLETON == null){
            synchronized (Singleton.class) {
                if(Singleton.SINGLETON == null) {
                    Singleton.SINGLETON = new Singleton();
                }
            }
        }
        return SINGLETON;
    }
}

进入方法体之后首先判断了实例是否存在，如果存在，则直接返回实例，否则加锁执行多一次判断，如果为null再实例化。因为第一次判断和加锁之间，对象可能已经实例化，所以加锁之后再判断一次，避免多次创建。但是这种方式还有点缺陷，synchronized关键字可以保证多线程情况下同步问题，如果是多核计算机(现在绝大部分都是多核计算机)情况下，还会有一个指令重排的问题所以我们需要用volatile 来修饰SINGLETON，最后改造成下面代码

public class Singleton {
    private volatile static Singleton SINGLETON;
    private Singleton(){}
    public static Singleton getInstance(){
        if(Singleton.SINGLETON == null){
            synchronized (Singleton.class) {
                if(Singleton.SINGLETON == null) {
                    Singleton.SINGLETON = new Singleton();
                }
            }
        }
        return SINGLETON;
    }
}

5.静态内部类

静态内部类是在调用的时候才会进行加载，是懒汉模式另外一种实现方式

public class Singleton {
    private Singleton(){}
    public static Singleton getInstance(){
        return Instance.singleton;
    }
    private static class Instance{
        private static final Singleton singleton = new Singleton();
    }
}

6.枚举

枚举为最优的单例模式实现方案，因为可以防反射暴力创建对象，也可以避免序列化问题，下面先放了一个简单的例子，

public enum SingletonEnum {
SINGLETON;
    private String name;
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public static SingletonEnum getInstance(){
        return SINGLETON;
    }
}

看一下使用方式

public static void main(String[] args) {
    SingletonEnum.SINGLETON.setName("name1");
    System.out.println(SingletonEnum.SINGLETON.getName());
}

输出结果，由此可见 SingletonEnum.SINGLETON 时调用的都是同一个实例

下面我们看看枚举类型防放射暴力创建实例

我们用之前静态内部类的那个代码来比较

public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException,
        IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
// 反射获取构造器
Constructor<Singleton> singletonConstructor = Singleton.class.getDeclaredConstructor();
// 通过构造器创建对象
Singleton singleton1 = singletonConstructor.newInstance();
// 通过我们单例获取实例的接口获取实例
Singleton singleton2 = Singleton.getInstance();
// 下面结果为false，证明是2个不一样的实例，甚至都不用调用构造器的 setAccessible() 就能成功新建一个实例
System.out.println(singleton1 == singleton2);
}

接下来再看看枚举

public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException,
        IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
// 反射获取构造器
Constructor<SingletonEnum> singletonEnumConstructor = SingletonEnum.class.getDeclaredConstructor();
// 通过构造器创建对象
SingletonEnum singletonEnum1 = singletonEnumConstructor.newInstance();
// 获取单例
SingletonEnum singletonEnum2 = SingletonEnum.SINGLETON;
// 下面结果为false，证明是2个不一样的实例，甚至都不用调用构造器的 setAccessible() 就能成功新建一个实例
System.out.println(singletonEnum1 == singletonEnum2);
}

这时候报是报了个java.lang.NoSuchMethodException，原因是因为枚举类型没有无参构造

下面我们进入debug模式可以看到只有一个带一个String参数和一个int参数的构造方法

所以改造成

public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException,
        IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
// 反射获取构造器
Constructor<SingletonEnum> singletonEnumConstructor = SingletonEnum.class.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);
// 通过构造器创建对象
SingletonEnum singletonEnum1 = singletonEnumConstructor.newInstance("",1);
// 获取单例
SingletonEnum singletonEnum2 = SingletonEnum.SINGLETON;
// 下面结果为false，证明是2个不一样的实例，甚至都不用调用构造器的 setAccessible() 就能成功新建一个实例
System.out.println(singletonEnum1 == singletonEnum2);
}

但是改过来之后报了个 java.lang.IllegalAccessException 非法访问异常

原因是如果实例化的对象是个枚举类型，就会抛出这个异常，这说明枚举类型天生就是单例的

public T newInstance(Object ... initargs)
    throws InstantiationException, IllegalAccessException,
           IllegalArgumentException, InvocationTargetException
{
    if (!override) {
        if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {
            Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
            checkAccess(caller, clazz, null, modifiers);
        }
    }
    if ((clazz.getModifiers() & Modifier.ENUM) != 0)
        throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");
    ConstructorAccessor ca = constructorAccessor;   // read volatile
if (ca == null) {
        ca = acquireConstructorAccessor();
    }
@SuppressWarnings("unchecked")
T inst = (T) ca.newInstance(initargs);
    return inst;
}

if ((clazz.getModifiers() & Modifier.ENUM) != 0)
    throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");

序列化与反序列化，如果我们实体需要储存到程序以外的存储媒介，当再次获取时候，这个实例并非我们最开始的实例

序列化的时候实体类必须实现 Serializable

public class Singleton implements Serializable{}

public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException, IOException, ClassNotFoundException {
// 通过获取实例接口获取实例
Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
// 创建输出流并且输出到文件
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("D:\singleton\singleton.txt"));
    oos.writeObject(singleton1);
// 创建输入流并且反序列化实例
ObjectInputStream ios = new ObjectInputStream(new FileInputStream("D:\singleton\singleton.txt"));
    Singleton singleton2 = (Singleton) ios.readObject();
    oos.close();
    ios.close();
    System.out.println(singleton1 == singleton2);
}

序列化前后的对象结果对比，不是同一个实例

再看看枚举类型

public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException, IOException, ClassNotFoundException {
    SingletonEnum singletonEnum1 = SingletonEnum.SINGLETON;
// 创建输出流并且输出到文件
ObjectOutputStream oosE = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("D:\singleton\singletonE.txt"));
    oosE.writeObject(singletonEnum1);
// 创建输入流并且反序列化实例
ObjectInputStream iosE = new ObjectInputStream(new FileInputStream("D:\singleton\singletonE.txt"));
    SingletonEnum singletonEnum2 = (SingletonEnum) iosE.readObject();
    oosE.close();
    iosE.close();
    System.out.println(singletonEnum1 == singletonEnum2);
}