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设计模式系列之单例模式

程序员文章站 2022-06-28 16:55:55
单例模式的实现在java中实现单例模式的方法有很多，比如饿汉式、懒汉式、静态内部类、枚举类型。单例模式的核心就是只产生一个单例，外部无法通过new来创造新的类对象，也无法重复获得不同的类对象，只可根据该类暴露的一个getinstance（）方法来获取初始化以后的单例对象。以下为单例模式的具体实现:1、饿汉式public class HungrySingletonTest { public static void main(String[] args) { HungrySin...

单例模式的实现

在java中实现单例模式的方法有很多，比如饿汉式、懒汉式、静态内部类、枚举类型。

单例模式的核心就是只产生一个单例，外部无法通过new来创造新的类对象，也无法重复获得不同的类对象，只可根据该类暴露的一个getinstance（）方法来获取初始化以后的单例对象。

以下为单例模式的具体实现:

1、饿汉式

public class HungrySingletonTest {
    public static void main(String[] args) {
        HungrySingleton instance1 = HungrySingleton.getInstance();
        HungrySingleton instance2 = HungrySingleton.getInstance();
        System.out.println(instance1==instance2);
    }
}

class HungrySingleton{
    private static HungrySingleton instance = new HungrySingleton();
    private HungrySingleton(){

    }
    public static HungrySingleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

标准饿汉式实现，通过private私有的无参构造来防止外部来new这个对象，饿汉式会在一开始就在静态代码块初始化一个instance类对象，需要的时候调用getInstance（）方法取出instance对象即可。

2、懒汉式

public class LazySingletonTest {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            LazySingleton instance = LazySingleton.getInstance();
            System.out.println(instance);
        }).start();

        new Thread(() -> {
            LazySingleton instance = LazySingleton.getInstance();
            System.out.println(instance);
        }).start();
    }
}

class LazySingleton {
    private volatile static LazySingleton instance;

    private LazySingleton() {

    }

    public static LazySingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (LazySingleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new LazySingleton();
                }
            }
        }

        return instance;
    }
}

这种方法为标准的DCL懒汉式，一开始不初始化类对象，当使用的时候临时创建类对象，为防止重复创建需对对象进行加锁，为了防止JVM的底层指令重排机制造成多线程对对象重复进行创建，使用volatile关键字来防止指令重排。

3、静态内部类

public class InnerClassSingletonTest {
    public static void main(String[] args){

        InnerClassSingleton instance1 = InnerClassSingleton.getInstance();
        InnerClassSingleton instance2 = InnerClassSingleton.getInstance();
        System.out.println(instance1==instance2);

    }
}

class InnerClassSingleton {

    private static class InnerClassHolder{
        private static InnerClassSingleton instance = new InnerClassSingleton();
    }
    private InnerClassSingleton(){
        
    }
    public static InnerClassSingleton getInstance(){
        return InnerClassHolder.instance;
    }

}

这种方法通过类中的私有内部类进行创建，只对外提供了一个公共方法getInstance，在初始化的时候调用私有类，获取属性时创建单例。

4、枚举

public enum EnumSingleton {
    INSTANCE;

    public void print(){
        System.out.println(this.hashCode());
    }
}

class EnumTest{
    public static void main(String[] args){
        EnumSingleton.INSTANCE.print();
    }
}

利用反射破坏单例模式

其实除了枚举方式实现以外，其他类型都可以通过反射来破坏单例。

下面以静态内部类进行举例：

测试反射破坏单例

public class InnerClassSingletonTest {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException, IOException, ClassNotFoundException {
        Constructor<InnerClassSingleton> declaredConstructor = InnerClassSingleton.class.getDeclaredConstructor();
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        InnerClassSingleton innerClassSingleton = declaredConstructor.newInstance();

        InnerClassSingleton instance = InnerClassSingleton.getInstance();
        System.out.println(innerClassSingleton==instance);

    }
}

设计模式系列之单例模式

因此可以通过在初始化构造函数中判断单例是否存在，存在则抛出异常进行处理。

class InnerClassSingleton{

    private static class InnerClassHolder{
        private static InnerClassSingleton instance = new InnerClassSingleton();
    }
    private InnerClassSingleton(){
        if (InnerClassHolder.instance!=null){
            throw new RuntimeException("单例不允许多个实例");
        }
    }
    public static InnerClassSingleton getInstance(){
        return InnerClassHolder.instance;
    }

}

设计模式系列之单例模式

解决单例模式的序列化问题

还是以静态内部类举例，此时我们希望将类序列化保存在文件中。

class InnerClassSingleton implements Serializable {
    private static class InnerClassHolder{
        private static InnerClassSingleton instance = new InnerClassSingleton();
    }
    private InnerClassSingleton(){
        if (InnerClassHolder.instance!=null){
            throw new RuntimeException("单例不允许多个实例");
        }
    }
    public static InnerClassSingleton getInstance(){
        return InnerClassHolder.instance;
    }
}

测试序列化然后反序列化以后是否还是原来的单例。

public class InnerClassSingletonTest {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException, IOException, ClassNotFoundException {

        InnerClassSingleton instance = InnerClassSingleton.getInstance();

        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("SerializableTest"));
        oos.writeObject(instance);
        oos.close();

        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("SerializableTest"));
        InnerClassSingleton innerClassSingleton = (InnerClassSingleton)ois.readObject();
        ois.close();
        
        System.out.println(innerClassSingleton==instance);

    }
}

设计模式系列之单例模式

此时可得两者是不同的单例，通过查看Serializable类寻找到解决方法

设计模式系列之单例模式

通过在类中实现Object readResolve() throws ObjectStreamException来解决序列化问题。此时增加以下代码：

Object readResolve() throws ObjectStreamException{
    return InnerClassHolder.instance;
}

再次测试，若出现如下报错

设计模式系列之单例模式

则需要添加序列化的一个版本号，同样查看Serializable类，可以发现

设计模式系列之单例模式

如不添加版本号会根据类中的数据自动生成，如果对类进行了修改，则存进的和取出的版本号不相同，则报错，如果自己添加则会根据添加的版本号直接获取数据。

static final long serialVersionUID = 42L;

最终单例类如下：

class InnerClassSingleton implements Serializable {
    static final long serialVersionUID = 42L;

    private static class InnerClassHolder{
        private static InnerClassSingleton instance = new InnerClassSingleton();
    }
    private InnerClassSingleton(){
        if (InnerClassHolder.instance!=null){
            throw new RuntimeException("单例不允许多个实例");
        }
    }
    public static InnerClassSingleton getInstance(){
        return InnerClassHolder.instance;
    }

    Object readResolve() throws ObjectStreamException{
        return InnerClassHolder.instance;
    }

}

再次测试

public class InnerClassSingletonTest {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException, IOException, ClassNotFoundException {

        InnerClassSingleton instance = InnerClassSingleton.getInstance();

        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("SerializableTest"));
        oos.writeObject(instance);
        oos.close();

        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("SerializableTest"));
        InnerClassSingleton innerClassSingleton = (InnerClassSingleton)ois.readObject();
        ois.close();

        System.out.println(innerClassSingleton==instance);

    }
}

设计模式系列之单例模式

验证枚举的安全性

我们来试图尝试用反射破坏枚举

public enum EnumSingleton {
    INSTANCE;

    public void print(){
        System.out.println(this.hashCode());
    }
}

class EnumTest{
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        Constructor<EnumSingleton> declaredConstructor = EnumSingleton.class.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        declaredConstructor.newInstance("INSTANCE",0);
    }
}

设计模式系列之单例模式

由此可以验证反射无法对枚举类型进行修改，查看反射的newInstance方法

设计模式系列之单例模式

如图可以得到相同的结论。

由此可知枚举类型是相对安全的一种实现单例的方式。

本文地址：https://blog.csdn.net/qq_40359381/article/details/112236367

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