java单例模式实现的方法
1.最基本的单例模式
/** * @author learnandget * @time 2018年11月13日 * 最基本的单例模式 */public class singletonv1 { private static singletonv1 instance = new singletonv1();; //构造函数私有化 private singletonv1() {} public static singletonv1 getinstance() { return instance; } }
import org.junit.test;public class singletontest { @test public void test01() throws exception { singletonv1 s1 = singletonv1.getinstance(); singletonv1 s2 = singletonv1.getinstance(); system.out.println(s1.hashcode()); system.out.println(s2.hashcode()); } }//运行结果如下:589873731 589873731
2.类加载时不初始化实例的模式
上述单例模式在类加载的时候,就会生成实例,可能造成空间浪费,如果需要修改成,在需要使用时才生成实例,则可修改代码如下:
public class singletonv2 { private static singletonv2 instance; //构造函数私有化 private singletonv2() {} public static singletonv2 getinstance() { if(instance == null) { instance = new singletonv2(); } return instance; } }
然而,上述方案虽然在类加载时不会生成实例,但是存在线程安全问题,如果线程a在执行到第10行时,线程b也进入该代码块,恰好也执行好第10行,此时如果实例尚未生成,则线程a和线程b都会执行第12行的代码,各自生成一个实例,此时就违背了单例模式的设计原则。实际测试代码如下:
public class singletontest { @test public void test02() throws exception { for(int i=0;i<1000;i++) { thread th1 = new getinstancethread(); th1.start(); } } class getinstancethread extends thread { public void run() { try { singletonv2 s = singletonv2.getinstance(); system.out.println(thread.currentthread().getname()+" get instance "+s.hashcode()+" time: "+system.currenttimemillis()); }catch(exception e) { e.printstacktrace(); } } } }
经过多次测试,可能产生如下输出结果:
3.线程安全的单例模式
在上述单例模式下进行改进,在getinstance方法前加入 sychronized关键字,来实现线程安全,修改后代码如下:
public class singletonv3 { private static singletonv3 instance; //构造函数私有化 private singletonv3() {} //synchronized关键字在静态方法上,锁定的是当前类: public static synchronized singletonv3 getinstance() { if(instance == null) { instance = new singletonv3(); } return instance; } }
增加sychronized关键字后,确实能够改善线程安全问题,但是也带来了额外的锁开销。性能受到一定影响。举例来说,此时如果有1000个线程都需要使用singletonv3实例,因为加锁的位置在getinstance上,因此,每个线程都必须等待其他获取了锁的线程完全执行完锁中的方法后,才能够进入该方法并获取自己的实例。
4.双重校检+线程安全单例模式
于是可以在上述代码的基础上,只有当singleton实例未被初始化时,对实例化方法加锁即可。在singleton实例已经被初始化时,无需加锁,直接返回当前singleton对象。代码如下:
private static singletonv4 instance; //构造函数私有化 private singletonv4() {} public static singletonv4 getinstance() { if(instance == null) { synchronized(singletonv4.class) { //双重校检 if(instance == null) { instance = new singletonv4(); } } } return instance; }
5.内部类单例模式
尽管上述方案解决了同步问题,双重校检也使得性能开销大大减小,但是,只有有synchronized关键字的存在。性能多多少少还是会有一些影响,此时,我们想到了 "内部类"的用法。
①.内部类不会随着类的加载而加载
②.一个类被加载,当且仅当其某个静态成员(静态域、构造器、静态方法等)被调用时发生。
静态内部类随着方法调用而被加载,只加载一次,不存在并发问题,所以是线程安全。基于此,修改代码如下:
public class singletonv5 { //构造函数私有化 private singletonv5() {} static class singetonget { private static final singletonv5 instance = new singletonv5(); } public static singletonv5 getinstance() { return singetonget.instance; } }
6.反射都不能破坏的单例模式
静态内部类实现的单例模式,是目前比较推荐的方式,但是在java功能强大反射的机制下,它就是个弟弟,此时利用反射仍然能够创建出多个实例,以下是创建实例的代码:
@test public void test4() { //普通方式获取实例s1,s2 singletonv5 s1 = singletonv5.getinstance(); singletonv5 s2 = singletonv5.getinstance(); //利用反射获取实例s3,s4 singletonv5 s3 = null; singletonv5 s4 = null; try { class<singletonv5> clazz = singletonv5.class; constructor<singletonv5> constructor = clazz.getdeclaredconstructor(); constructor.setaccessible(true); s3 = constructor.newinstance(); s4 = constructor.newinstance(); }catch(exception e) { e.printstacktrace(); } system.out.println(s1.hashcode()); system.out.println(s2.hashcode()); system.out.println(s3.hashcode()); system.out.println(s4.hashcode()); }
输出结果如下:
589873731
589873731
200006406
2052001577
可以看到,s1和s2拥有相同的哈希码,因此他们是同一个实例,但是s3、s4,是通过反射后用构造函数重新构造生成的实例,他们均与s1,s2不同。此时单例模式下产生了多个不同的对象,违反了设计原则。
基于上述反射可能造成的单例模式失效,考虑在私有的构造函数中添加是否初始化的标记位,使私有构造方法只可能被执行一次。
public class singletonv6 { //是否已经初始化过的标记位 private static boolean isinitialized = false; //构造函数中,当实例已经被初始化时,不能继续获取新实例 private singletonv6() { synchronized(singletonv6.class) { if(isinitialized == false) { isinitialized = !isinitialized; }else { throw new runtimeexception("单例模式被破坏..."); } } } static class singetonget { private static final singletonv6 instance = new singletonv6(); } public static singletonv6 getinstance() { return singetonget.instance; } }
测试代码如下:
@test public void test5() { singletonv6 s1 = singletonv6.getinstance(); singletonv6 s2 = null; try { class<singletonv6> clazz = singletonv6.class; constructor<singletonv6> constructor = clazz.getdeclaredconstructor(); constructor.setaccessible(true); s2 = constructor.newinstance(); }catch(exception e) { e.printstacktrace(); } system.out.println(s1.hashcode()); system.out.println(s2.hashcode()); }
运行上述代码时,会抛出异常:
java.lang.reflect.invocationtargetexception at sun.reflect.nativeconstructoraccessorimpl.newinstance0(native method) at sun.reflect.nativeconstructoraccessorimpl.newinstance(unknown source) at sun.reflect.delegatingconstructoraccessorimpl.newinstance(unknown source) at java.lang.reflect.constructor.newinstance(unknown source) at singletontest.singletontest.test5(singletontest.java:98) at sun.reflect.nativemethodaccessorimpl.invoke0(native method) at sun.reflect.nativemethodaccessorimpl.invoke(unknown source) at sun.reflect.delegatingmethodaccessorimpl.invoke(unknown source) at java.lang.reflect.method.invoke(unknown source) at org.junit.runners.model.frameworkmethod$1.runreflectivecall(frameworkmethod.java:50) at org.junit.internal.runners.model.reflectivecallable.run(reflectivecallable.java:12) at org.junit.runners.model.frameworkmethod.invokeexplosively(frameworkmethod.java:47) at org.junit.internal.runners.statements.invokemethod.evaluate(invokemethod.java:17) at org.junit.runners.parentrunner.runleaf(parentrunner.java:325) at org.junit.runners.blockjunit4classrunner.runchild(blockjunit4classrunner.java:78) at org.junit.runners.blockjunit4classrunner.runchild(blockjunit4classrunner.java:57) at org.junit.runners.parentrunner$3.run(parentrunner.java:290) at org.junit.runners.parentrunner$1.schedule(parentrunner.java:71) at org.junit.runners.parentrunner.runchildren(parentrunner.java:288) at org.junit.runners.parentrunner.access$000(parentrunner.java:58) at org.junit.runners.parentrunner$2.evaluate(parentrunner.java:268) at org.junit.runners.parentrunner.run(parentrunner.java:363) at org.eclipse.jdt.internal.junit4.runner.junit4testreference.run(junit4testreference.java:86) at org.eclipse.jdt.internal.junit.runner.testexecution.run(testexecution.java:38) at org.eclipse.jdt.internal.junit.runner.remotetestrunner.runtests(remotetestrunner.java:538) at org.eclipse.jdt.internal.junit.runner.remotetestrunner.runtests(remotetestrunner.java:760) at org.eclipse.jdt.internal.junit.runner.remotetestrunner.run(remotetestrunner.java:460) at org.eclipse.jdt.internal.junit.runner.remotetestrunner.main(remotetestrunner.java:206) caused by: java.lang.runtimeexception: 单例模式被破坏... at singletontest.singletonv6.<init>(singletonv6.java:26) ... 28 more2052001577
7.序列化反序列化都不能破坏的单例模式
经过上述改进,反射也不能够破坏单例模式了。但是,依然存在一种可能造成上述单例模式产生两个不同的实例,那就是序列化。当一个对象a经过序列化,然后再反序列化,获取到的对象b和a是否是同一个实例呢,验证代码如下:
/** * @author {learnandget} * @time 2018年11月13日 * @discription:测试序列化并反序列化是否还是同一对象 */package singletontest;import java.io.fileinputstream;import java.io.fileoutputstream;import java.io.objectinput;import java.io.objectinputstream;import java.io.objectoutput;import java.io.objectoutputstream;public class main { /** * @param args */ public static void main(string[] args) { // todo auto-generated method stub singletonv6 s1 = singletonv6.getinstance(); objectoutput objout = null; try { //将s1序列化(记得将singleton实现serializable接口) objout = new objectoutputstream(new fileoutputstream("c:\\a.objfile")); objout.writeobject(s1); objout.close(); //反序列化得到s2 objectinput objin = new objectinputstream(new fileinputstream("c:\\a.objfile")); singletonv6 s2 = (singletonv6) objin.readobject(); objin.close(); system.out.println(s1.hashcode()); system.out.println(s2.hashcode()); } catch (exception e) { // todo auto-generated catch block e.printstacktrace(); } } }
输出结果如下:
1118140819
990368553
可见,此时序列化前的对象s1和经过序列化->反序列化步骤后的到的对象s2,并不是同一个对象,因此,出现了两个实例,再次违背了单例模式的设计原则。
为了消除问题,在单例模式类中,实现serializable接口之后 添加对readresolve()方法的实现:当从i/o流中读取对象时,readresolve()方法都会被调用到。实际上就是用readresolve()中返回的对象直接替换在反序列化过程中创建的对象,而被创建的对象则会被垃圾回收掉。这就确保了在序列化和反序列化的过程中没人可以创建新的实例,修改后的代码如下:
package singletontest;import java.io.serializable;/** * @author learnandget * * @time 2018年11月13日 * */public class singletonv6 implements serializable{ //是否已经初始化过的标记位 private static boolean isinitialized = false; //构造函数中,当实例已经被初始化时,不能继续获取新实例 private singletonv6() { synchronized(singletonv6.class) { if(isinitialized == false) { isinitialized = !isinitialized; }else { throw new runtimeexception("单例模式被破坏..."); } } } static class singetonget { private static final singletonv6 instance = new singletonv6(); } public static singletonv6 getinstance() { return singetonget.instance; } //实现readresolve方法 private object readresolve() { return getinstance(); } }
重新运行上述序列化和反序列过程,可以发现,此时得到的对象是同一对象。
1118140819
1118140819
8.总结
在实际开发中,根据自己的需要,选择对应的单例模式即可,不一样非要实现第7节中那种无坚不摧的单例模式。毕竟不是所有场景下都需要实现序列化接口, 也并不是所有人都会用反射来破坏单例模式。因此比较常用的是第5节中的,内部类单例模式,代码简洁明了,且节省空间。
以上就是java单例模式实现的方法的详细内容,更多关于java单例模式的资料请关注其它相关文章!