单例模式
日头没有辜负我们，我们也切莫辜负日头。——沈从文
代码世界中也存在以下顺口溜：
我单身，我骄傲，我为国家省套套。
我单身，我自豪，我为祖国省橡胶。
单例模式虽然简单，但真正懂的内行的人并不多，今天挑战全网最全的经典设计模式之单例模式。
1. 单例模式
定义
确保一个类在任何情况下都绝对只有一个实例，并提供一个全局访问点。
隐藏其构造方法
属于创建型设计模式
适用场景
确保任何情况下都绝对只有一个实例
ServletContext、ServletConfig、ApplicationContext、DBPool
2. 饿汉式单例
定义
系统初始化的时候就加载，不管有没有用到这个单例。
优点
执行效率高，性能高，没有任何的锁
缺点
某些情况下，可能会造成内存浪费
能够被反射破坏
代码
public class HungrySingleton {
private static final HungrySingleton singleton = new HungrySingleton();
private HungrySingleton(){
}
public static HungrySingleton getInstance() {
return singleton;
}
}
3. 懒汉式单例
定义
系统初始化的时候不创建实例，只有用到的时候才创建实例。
优点
节省了内存
缺点
synchronized造成性能低下
能够被反射破坏
3.1 方法加锁写法
代码
public class LazySingleton {
private static LazySingleton singleton = null;
private LazySingleton(){
}
/**
* 版本1
* @return
*/
private synchronized LazySingleton getInstance() {
if (null == singleton) {
singleton = new LazySingleton();
}
return singleton;
}
}
3.2 代码块加锁写法
代码
public class LazySingleton {
private static LazySingleton singleton = null;
private LazySingleton(){
}
/**
* 版本2 相比版本1优化一点点
* @return
*/
private LazySingleton getInstance() {
synchronized (LazySingleton.class) {
if (null == singleton) {
singleton = new LazySingleton();
}
}
return singleton;
}
}
3.3 双重判断加锁写法
陷阱案例
public class LazySingleton {
private static LazySingleton singleton = null;
private LazySingleton(){
}
/**
* 版本3 双重判断
* @return
*/
private LazySingleton getInstance() {
if (null == singleton) {
synchronized (LazySingleton.class) {
if (null == singleton) {
singleton = new LazySingleton();
}
}
}
return singleton;
}
}
版本3看起来相比版本2优化了不少，但其实这种双重判断在生产环境有一个极大的漏洞陷阱，就是指令重排序，有需要了解的可以在评论区留言。解决方案也很简单，就是 volatile 关键字。它可以限制指令重排序。
正确写法
public class LazySingleton {
private volatile static LazySingleton singleton = null;
private LazySingleton(){
}
/**
* 版本3 双重判断
* @return
*/
private LazySingleton getInstance() {
if (null == singleton) {
synchronized (LazySingleton.class) {
if (null == singleton) {
singleton = new LazySingleton();
}
}
}
return singleton;
}
}
双重判断的优点：性能高了，线程安全了。
缺点：代码可读性极差，不够优雅。
3.4 静态内部类写法
利用JVM加载类的顺序，静态内部类，只有用到的时候外部类用到静态内部类的时候才会加载。
优点
写法优雅，利用了Java的语法特点，性能高，避免了内存浪费
缺点
能够被反射破坏
public class LazyStaticInnerSingleton {
private LazyStaticInnerSingleton(){
}
public static LazyStaticInnerSingleton getInstance() {
return LazyHolder.INSTANCE;
}
private static class LazyHolder {
private static final LazyStaticInnerSingleton INSTANCE = new LazyStaticInnerSingleton();
}
}
这种写法本来应该够优雅，够完美，但是却有一个缺点是能被反射破坏，文章最后我会证明什么是能被反射破坏。那有没有写法能让这个单例不会被反射破坏？答案是有的！
public class LazyStaticInnerSingleton {
private LazyStaticInnerSingleton(){
if (null != LazyHolder.INSTANCE) {
throw new RuntimeException("不允许非法访问！");
}
}
public static LazyStaticInnerSingleton getInstance() {
return LazyHolder.INSTANCE;
}
private static class LazyHolder {
private static final LazyStaticInnerSingleton INSTANCE = new LazyStaticInnerSingleton();
}
}
这种写法就解决了被反射破坏的问题。但是看起来不是那么的优雅。
4. 注册式单例
定义
将每一个实例都缓存到统一的容器中，使用唯一标识获取实例。
4.1. 枚举写法注册式单例
优点
写法优雅，线程安全
缺点
和饿汉式类似，大量使用会造成内存浪费，根本原因在于枚举本身的特点。
public enum EnumSingleton {
INSTANCE;
private Object data;
public Object getData() {
return data;
}
public void setData(Object data) {
this.data = data;
}
public static EnumSingleton getInstance() {
return INSTANCE;
}
}
使用方法
public class Test {
public static void main(String[] args) {
EnumSingleton singleton = EnumSingleton.getInstance();
singleton.setData(new Object());
singleton.getData();
}
}
4.2. Spring IOC容器注册式单例
Spring设计者结合枚举式单例的写法和特点，写了一种自己的IOC 容器注册式单例。
public class ContainerSingleton {
private ContainerSingleton() {
}
private static Map<String, Object> ioc = new ConcurrentHashMap<>();
public Object getInstance(String className) {
if (!ioc.containsKey(className)) {
Object instance = null;
try {
instance = Class.forName(className).newInstance();
} catch (IllegalAccessException | InstantiationException | ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
return instance;
} else {
return ioc.get(className);
}
}
}
5. ThreadLocal单例
ThreadLocal单例肯定会用到ThreadLocal，根据ThreadLocal本身的特点，即同一线程内数据可见，那么这种单例就有本身的局限性，使用的很少。我曾经在token登陆的时候用到过。即前端会传一个token到后端，token能解析出登陆用户的信息。把解析后的信息放在ThreadLocal中，那么本次处理请求就能在任何地方获取登陆用户信息。
public class ThreadLocalSingleton {
private static final ThreadLocal<ThreadLocalSingleton> threadLocalInstance = new ThreadLocal<ThreadLocalSingleton>(){
@Override
protected ThreadLocalSingleton initialValue() {
return new ThreadLocalSingleton();
}
};
private ThreadLocalSingleton() {
}
public static ThreadLocalSingleton getInstance() {
return threadLocalInstance.get();
}
}
6. 反射破坏单例证明
public class Test1 {
public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
Class clazz = HungrySingleton.class;
Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor(null);
c.setAccessible(true);
Object o1 = c.newInstance();
Object o2 = c.newInstance();
System.out.println(o1 == o2);//会输出false
}
}
解决方案就是：构造方法抛异常。
if (null != LazyHolder.INSTANCE) {
throw new RuntimeException("不允许非法访问！");
}
7. 高高高手需要知道的-序列化破坏单例
首先你必须知道什么是序列化。序列化就是JVM内存中的对象，序列化到磁盘文件，再读取到内存，不同进程的数据交互需要序列化才能传输。
以上的所有单例模式，解决了各种各样的问题，但都存在同一个问题，就是都会被序列化破坏。意思就是：系统中的单例，被序列化到磁盘，然后再加载到内存，那么这序列化前后两个单例，并不是同一个单例。这就是序列化破坏单例。
解决方案：在单例中加入以下方法：
private Object readResolve() {
// instead of the object we're on,
// return the class variable INSTANCE
return INSTANCE;
}
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