设计模式-创建型模式-单例设计模式

创建型模式提供创建对象的机制，能够提升已有代码的灵活性和复用性；

常用的有：单例模式、工厂模式、建造设模式；不常用的：原型模式；

1.概述

单例模式是最简单的模式之一，其保证了某个类在运行期间只有一个实例对外提供服务；

1.1 满足单例模式的条件

保证一个类只有一个实例；
为该实例提供一个全局访问点；

2.单例模式的实现方式

单例模式有两种实现方式：饿汉式与懒汉式

2.1 饿汉式

在类加载期间初始化私有的静态实例，保证实例在创建过程是线程安全的；

不支持懒加载，获取速度较快，但是对象大且不常用的话会造成内存的浪费；

/*** @author : luobei* @date : 2024/7/31 14:36* 单例模式-饿汉式*/
public class SingletonHungry {// 1.私有构造方法private SingletonHungry(){}// 2.在本类中创建私有静态的全局对象private static SingletonHungry instance = new SingletonHungry();// 3.提供一个全局访问点public static SingletonHungry getInstance(){return instance;}
}

2.2 懒汉式

支持懒加载，只有第一次调用getInstance方法时才会创建对象，只有在getInstance方法上添加sychronized锁才能保证线程安全，但加了锁后并发度会比较低，因此不适合常用的类；

/*** @author : luobei* @date : 2024/7/31 14:49* 单例模式-懒汉式（线程不安全）*/
public class SingletonLazy {// 1.私有构造方法private SingletonLazy(){}// 2.在本类中创建私有静态的全局对象private static SingletonLazy instance;// 3.提供一个全局访问点public static SingletonLazy getInstance(){//通过判断对象是否被初始化，来选择是否创建对象if(instance == null){instance = new SingletonLazy();}return instance;}
}

或者可以使用模块锁，二次判断来保证创建完成之后的getInstance调用的并发度，而且本类中的静态变量需要添加volatile修饰，保证变量可见性，避免指令重排；

指令重排是指 jvm 会根据性能自动重新排序创建对象时的顺序，所以有的时候过多的线程可能会导致上一个线程对象创建了一半，此时实例不为null但是却不完整，下一个线程拿去用的话会导致报错；

/*** @author : luobei* @date : 2024/7/31 14:49* 单例模式-双重验证懒汉式（线程安全）*/
public class SingletonLazy {// 1.私有构造方法private SingletonLazy(){}// 2.在本类中创建私有静态的全局对象private volatile static SingletonLazy instance;// 3.提供一个全局访问点public static SingletonLazy getInstance(){//通过判断对象是否被初始化，来选择是否创建对象if(instance == null){synchronized (SingletonLazy.class){//抢到锁之后再次进行判断是否为nullif(instance == null){instance = new SingletonLazy();}}}return instance;}
}

2.3 静态内部类

既保证了线程安全，又可以懒加载，而且比双重验证懒汉式简洁

/*** @author : luobei* @date : 2024/7/31 14:49* 单例模式-静态内部类*/
public class SingletonStatic {// 1.私有构造方法private SingletonStatic(){}// 2.创建静态内部类private static class SingletonHandler{//在静态内部类中创建单例，在装载内部类的时候才会创建单例对象private static  SingletonStatic instance = new SingletonStatic();}// 3.提供一个全局访问点public static SingletonStatic getInstance(){return SingletonHandler.instance;}
}

3.各种破坏单例模式的方法

3.1 反射

即便构造方法私有化，通过反射依然能够创建实例；

Class<SingletonStatic> singletonClass = SingletonStatic.class;
Constructor<SingletonStatic> declaredConstructor = singletonClass.getDeclaredConstructor();
declaredConstructor.setAccessible(true);
SingletonStatic singletonStatic = declaredConstructor.newInstance();

3.1.1 解决办法

在构造方法中添加验证

// 1.私有构造方法
private SingletonStatic(){if(SingletonHandler.instance != null){throw new RuntimeException("单例模式禁止反射调用");}
}

3.2 反序列化

//序列化对象输出流
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("tempFile.obj"));
oos.writeObject(SingletonStatic.getInstance());//序列化对象输入流
File file = new File("tempFile.obj");
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
SingletonStatic singletonStatic = (SingletonStatic)ois.readObject();

这是因为 readObject() -> readObject() -> readObject0() -> checkResolve() -> readOrdinaryObject(unshared)中的

3.2.1 解决办法

只需要在对象中添加 readResolve() 方法

private Object readResolve(){return SingletonHandler.instance;
}

这是因为 readObject() -> readObject() -> readObject0() -> checkResolve() -> readOrdinaryObject(unshared)中的

3.3 总解决办法-枚举单例

/*** @author : zluobei* @date : 2024/7/31 14:49* 单例模式-枚举*/
public enum SingletonEnum {INSTANCE;public static SingletonEnum getInstance(){return INSTANCE;}
}

首先能防止反射是因为 newInstance() -> newInstanceWithCaller() 里的

反射在枚举上的应用有限，可以通过反射获取枚举类的信息和调用方法，但不能通过反射创建新的枚举实例。

然后枚举类能防止序列化是因为，Java规范字规定每个枚举类型及其定义的枚举变量在JVM中都是唯一的，因此在枚举类型的序列化和反序列化上，Java做了特殊的规定：在序列化的时候Java仅仅将枚举对象的属性名字输到结果中，反序列化的时候则是通过java.lang.Enum的valueOf()方法来根据名字查找枚举对象。因此序列化前后的对象相同。