Java設(shè)計模式之單例模式示例詳解
更新時間：2021年12月27日 10:02:03 作者：LL.LEBRON
單例模式是最簡單也是最基礎(chǔ)的設(shè)計模式之一,單例模式確保某個類只有一個實例，而且自行實例化并向整個系統(tǒng)提供這個實例。本文將通過一些示例代碼為大家詳細介紹一下單例模式，感興趣的可以了解一下
0.概述
為什么要使用單例模式？
在我們的系統(tǒng)中，有一些對象其實我們只需要一個，比如說：線程池、緩存、對話框、注冊表、日志對象、充當(dāng)打印機、顯卡等設(shè)備驅(qū)動程序的對象。事實上，這一類對象只能有一個實例，如果制造出多個實例就可能會導(dǎo)致一些問題的產(chǎn)生，比如：程序的行為異常、資源使用過量、或者不一致性的結(jié)果。因此這里需要用到單例模式
使用單例模式的好處？
對于頻繁使用的對象，可以省略創(chuàng)建對象所花費的時間，這對于那些重量級對象而言，是非常可觀的一筆系統(tǒng)開銷
由于new 操作的次數(shù)減少，因而對系統(tǒng)內(nèi)存的使用頻率也會降低，這將減輕 GC 壓力，縮短 GC 停頓時間
1.餓漢式
1.1 餓漢式單例實現(xiàn)
實例會提前創(chuàng)建：
/**
* 餓漢式
*
* @author xppll
* @date 2021/12/24 21:21
*/
public class Singleton1 implements Serializable {
//構(gòu)造私有
private Singleton1() {
System.out.println("private Singleton1()");
}
//唯一實例
private static final Singleton1 INSTANCE = new Singleton1();
//獲得實例方法
public static Singleton1 getINSTANCE() {
return INSTANCE;
}
//其他方法
public static void otherMethod() {
System.out.println("otherMethod()");
}
}
測試：
/**
* @author xppll
* @date 2021/12/24 21:28
*/
public class TestSingleton {
public static void main(String[] args) {
//觸發(fā)Singleton1類的初始化，會為類的靜態(tài)變量賦予正確的初始值，單例對象就會被創(chuàng)建！
Singleton1.otherMethod();
System.out.println("-----------------------------------");
System.out.println(Singleton1.getINSTANCE());
System.out.println(Singleton1.getINSTANCE());
}
}
//輸出：
private Singleton1()
otherMethod()
-----------------------------------
singleton.Singleton1@10bedb4
singleton.Singleton1@10bedb4
1.2 破壞單例的幾種情況
1.反射破壞單例
2.反序列化破壞單例
3.Unsafe破壞單例
演示：
/**
* @author xppll
* @date 2021/12/24 21:28
*/
public class TestSingleton {
public static void main(String[] args) throws InvocationTargetException, NoSuchMethodException, InstantiationException, IllegalAccessException, IOException, ClassNotFoundException {
//觸發(fā)Singleton1類的初始化，會為類的靜態(tài)變量賦予正確的初始值，單例對象就會被創(chuàng)建！
Singleton1.otherMethod();
System.out.println("-----------------------------------");
System.out.println(Singleton1.getINSTANCE());
System.out.println(Singleton1.getINSTANCE());
//反射破壞單例
reflection(Singleton1.class);
//反序列化破壞單例
serializable(Singleton1.getINSTANCE());
//Unsafe破壞單例
unsafe(Singleton1.class);
}
//反射破壞單例
private static void reflection(Class<?> clazz) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
//得到無參
Constructor<?> constructor = clazz.getDeclaredConstructor();
//將此對象的 accessible 標(biāo)志設(shè)置為指示的布爾值,即設(shè)置其可訪問性
constructor.setAccessible(true);
//創(chuàng)建實例
System.out.println("反射創(chuàng)建實例：" + constructor.newInstance());
}
//反序列化破壞單例
private static void serializable(Object instance) throws IOException, ClassNotFoundException {
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
//序列化
oos.writeObject(instance);
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray()));
//反序列化
System.out.println("反序列化創(chuàng)建示例：" + ois.readObject());
}
//Unsafe破壞單例
private static void unsafe(Class<?> clazz) throws InstantiationException {
Object o = UnsafeUtils.getUnsafe().allocateInstance(clazz);
System.out.println("Unsafe 創(chuàng)建實例：" + o);
}
}
結(jié)果：
可以看出三種方式都會破壞單例！
1.3 預(yù)防單例的破壞
預(yù)防反射破壞單例
在構(gòu)造方法中加個判斷即可：
//構(gòu)造私有
private Singleton1() {
//防止反射破壞單例
if(INSTANCE!=null){
throw new RuntimeException("單例對象不能重復(fù)創(chuàng)建");
}
System.out.println("private Singleton1()");
}
預(yù)防反序列化破壞單例
在Singleton1()中重寫readResolve方法：
//重寫這個方法，如果序列化了，就會返回這個，不會返回反序列化的對象
public Object readResolve(){
return INSTANCE;
}
Unsafe破壞單例無法預(yù)防
2.枚舉餓漢式
2.1 枚舉單例實現(xiàn)
枚舉實現(xiàn)單例：
/**
* 枚舉實現(xiàn)單例
*
* @author xppll
* @date 2021/12/24 22:23
*/
public enum Singleton2 {
INSTANCE;
//枚舉的構(gòu)造方法默認是private的,可以不寫
Singleton2() {
System.out.println("private Singleton2()");
}
//重寫toString方法
@Override
public String toString() {
return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());
}
//獲得實例方法（這個可以不要，枚舉變量都是public的）
public static Singleton2 getInstance() {
return INSTANCE;
}
//其他方法
public static void otherMethod() {
System.out.println("otherMethod()");
}
}
測試：
/**
* @author xppll
* @date 2021/12/24 21:28
*/
public class TestSingleton {
public static void main(String[] args) throws InvocationTargetException, NoSuchMethodException, InstantiationException, IllegalAccessException, IOException, ClassNotFoundException {
//觸發(fā)Singleton2類的初始化，會為類的靜態(tài)變量賦予正確的初始值，單例對象就會被創(chuàng)建！
Singleton2.otherMethod();
System.out.println("-----------------------------------");
System.out.println(Singleton2.getInstance());
System.out.println(Singleton2.getInstance());
}
}
//輸出：
private Singleton2()
otherMethod()
-----------------------------------
singleton.Singleton2@2de80c
singleton.Singleton2@2de80c
可以看出當(dāng)調(diào)用otherMethod()時，就會觸發(fā)類的加載，枚舉對象就會創(chuàng)建，所以枚舉實現(xiàn)單例是餓漢式的
2.2 破壞單例
枚舉類實現(xiàn)單例的好處：
1.反序列化無法破壞枚舉單例
2.反射無法破壞枚舉單例
栗子：
需要先修改反射破壞代碼，枚舉需要有參構(gòu)造
public class TestSingleton {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Singleton5.otherMethod();
System.out.println(">>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>");
System.out.println(Singleton5.getInstance());
System.out.println(Singleton5.getInstance());
//反序列化破壞單例
serializable(Singleton2.getInstance());
//Unsafe破壞單例
unsafe(Singleton2.class);
//反射破壞單例
reflection(Singleton2.class);
}
private static void unsafe(Class<?> clazz) throws InstantiationException {
Object o = UnsafeUtils.getUnsafe().allocateInstance(clazz);
System.out.println("Unsafe 創(chuàng)建實例:" + o);
}
private static void serializable(Object instance) throws IOException, ClassNotFoundException {
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(instance);
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray()));
System.out.println("反序列化創(chuàng)建實例:" + ois.readObject());
}
private static void reflection(Class<?> clazz) throws NoSuchMethodException, InstantiationException, IllegalAccessException, InvocationTargetException {
Constructor<?> constructor = clazz.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);
constructor.setAccessible(true);
System.out.println("反射創(chuàng)建實例:" + constructor.newInstance());
}
}
結(jié)果：
可以看出
1.反射是無法創(chuàng)建枚舉對象！無法破壞枚舉單例
2.反序列化也不會破壞枚舉單例！
3.Unsafe依然會破壞！
3.懶漢式
實現(xiàn)代碼如下：
/**
* 懶漢式
*
* @author xppll
* @date 2021/12/25 08:34
*/
public class Singleton3 implements Serializable {
//構(gòu)造私有
private Singleton3() {
System.out.println("private Singleton3()");
}
//唯一實例
private static Singleton3 INSTANCE = null;
public static Singleton3 getInstance() {
//第一次調(diào)用的時候才創(chuàng)建
if (INSTANCE == null) {
INSTANCE = new Singleton3();
}
return INSTANCE;
}
//其他方法
public static void otherMethod() {
System.out.println("otherMethod()");
}
}
測試：
/**
* @author xppll
* @date 2021/12/24 21:28
*/
public class TestSingleton {
public static void main(String[] args) throws InvocationTargetException, NoSuchMethodException, InstantiationException, IllegalAccessException, IOException, ClassNotFoundException {
Singleton3.otherMethod();
System.out.println("-----------------------------------");
System.out.println(Singleton3.getInstance());
System.out.println(Singleton3.getInstance());
}
}
結(jié)果：
可以看出只有在第一次調(diào)用getInstance()時才會創(chuàng)建唯一的單例對象，因此是懶漢式的。
但是這種方式在多線程環(huán)境下是會有問題的，可能多個線程會同時執(zhí)行INSTANCE = new Singleton3();。因此這里需要在getInstance()方法上加上synchronized關(guān)鍵字保證多線程下的正確性：
public static synchronized Singleton3 getInstance() {
//第一次調(diào)用的時候才創(chuàng)建
if (INSTANCE == null) {
INSTANCE = new Singleton3();
}
return INSTANCE;
}
但是這種方法是有問題的，第一次創(chuàng)建完對象后，以后的操作是不需要在加鎖的，所以這種方式會影響性能！
我們的目標(biāo)應(yīng)該是第一次創(chuàng)建單例的時候給予保護，后續(xù)操作則不需要加鎖保護！
4.雙檢鎖懶漢式
針對上面的問題，這里給出第四種方法雙檢鎖懶漢式進行優(yōu)化：
/**
* 雙檢鎖懶漢式
*
* @author xppll
* @date 2021/12/25 08:53
*/
public class Singleton4 {
//構(gòu)造私有
private Singleton4() {
System.out.println("private Singleton4()");
}
//唯一實例
//這里volatile的作用是保證共享變量有序性！
private static volatile Singleton4 INSTANCE = null;
//雙檢鎖優(yōu)化
public static synchronized Singleton4 getInstance() {
//實例沒創(chuàng)建，才會進入內(nèi)部的 synchronized 代碼塊,提高性能，防止每次都加鎖
if (INSTANCE == null) {
//可能第一個線程在synchronized 代碼塊還沒創(chuàng)建完對象時，第二個線程已經(jīng)到了這一步，所以里面還需要加上判斷
synchronized (Singleton4.class) {
//也許有其他線程已經(jīng)創(chuàng)建實例，所以再判斷一次
if (INSTANCE == null) {
INSTANCE = new Singleton4();
}
}
}
return INSTANCE;
}
//其他方法
public static void otherMethod() {
System.out.println("otherMethod()");
}
}
5.內(nèi)部類懶漢式
內(nèi)部類懶漢式單例實現(xiàn)：
/**
* 內(nèi)部類懶漢式
*
* @author xppll
* @date 2021/12/25 09:24
*/
public class Singleton5 {
//構(gòu)造私有
private Singleton5() {
System.out.println("private Singleton5()");
}
//靜態(tài)內(nèi)部類實現(xiàn)懶漢式單例，靜態(tài)變量的創(chuàng)建會放在靜態(tài)代碼塊里執(zhí)行，jvm會保證其線程安全
//只有第一次用到內(nèi)部類時，才會初始化創(chuàng)建單例
private static class Holder {
static Singleton5 INSTANCE = new Singleton5();
}
//獲得實例方法
public static Singleton5 getInstance() {
return Holder.INSTANCE;
}
//其他方法
public static void otherMethod() {
System.out.println("otherMethod()");
}
}
測試：
/**
* @author xppll
* @date 2021/12/24 21:28
*/
public class TestSingleton {
public static void main(String[] args) throws InvocationTargetException, NoSuchMethodException, InstantiationException, IllegalAccessException, IOException, ClassNotFoundException {
Singleton5.otherMethod();
System.out.println("-----------------------------------");
System.out.println(Singleton5.getInstance());
System.out.println(Singleton5.getInstance());
}
}
結(jié)果：
可以看出內(nèi)部類實現(xiàn)單例也是懶漢式的！
6.JDK中單例的體現(xiàn)
Runtime 體現(xiàn)了餓漢式單例
System類下的Console 體現(xiàn)了雙檢鎖懶漢式單例
Collections 中的 EmptyNavigableSet內(nèi)部類懶漢式單例
Collections 中的ReverseComparator.REVERSE_ORDER 內(nèi)部類懶漢式單例
Comparators.NaturalOrderComparator.INSTANCE 枚舉餓漢式單例
到此這篇關(guān)于Java設(shè)計模式之單例模式示例詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java單例模式內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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