Java单例模式实现，一次性学完整，面试加分项

单例模式是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。

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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