java设计模式 - 单例模式（干货）

Posted 2021-03-07 江流大海_浮萍如尘

　　深度讲解23种设计模式，力争每种设计模式都刨析到底。废话不多说，开始第一种设计模式 - 单例。

　　作者已知的单例模式有8种写法，而每一种写法，都有自身的优缺点。

1，使用频率最高的写法，废话不多说，直接上代码

/**
 * @author xujp
 * 饿汉式 静态变量 单例
 */

public class Singleton  implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private final static Singleton instance = new Singleton();

    private Singleton(){}
    public static Singleton getSingleton(){
        return instance;
    }

    private String tmp;

    public String getTmp() {
        return tmp;
    }

    public void setTmp(String tmp) {
        this.tmp = tmp;
    }
}

　new Singleton() 的执行时机 - > 类加载时

　这种方法是最通用的单例实现，也是笔者常用的，但这种方法有一些缺点：

　1）内存方面，如果单例中的内容很多，会在类加载时，就占用java虚拟机（这里专指HotSpot）空间。

　2）序列化以及反序列化问题，如果这个单例类实现了序列化接口Serializable，那么可以通过反序列化来破坏单例。

　通过反序列化破坏单例：

public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
    Singleton singleton=null;
    Singleton singletonNew=null;

    singleton=Singleton.getSingleton();

    singleton.setTmp("123");

    ByteArrayOutputStream bos=new ByteArrayOutputStream();
    ObjectOutputStream oos=new ObjectOutputStream(bos);
    oos.writeObject(singleton);

    ByteArrayInputStream bis=new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
    ObjectInputStream ois=new ObjectInputStream(bis);
    singletonNew= (Singleton) ois.readObject();

    singleton.setTmp("456");

    System.out.println(singletonNew.getTmp());
    System.out.println(singleton.getTmp());
    System.out.println(singleton==singletonNew);
}

　　输出结果为：

　　false

　　123

　　456

　　从这里例子中我们可以看到单例被破坏了，也就不能保证单例的唯一性。

2，第一种方案的变种

/**
 * @author xujp
 * 饿汉式 静态代码块 单例
 */
public class Singleton implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private final static Singleton instance;

    static {
        instance = new Singleton();
    }

    private Singleton(){}

    public static Singleton getSingleton(){
        return instance;
    }
}

　其实这种方法和第一种方法，几乎没有什么区别。

3，线程不安全的写法 - 1

/**
 * @author xujp
 * 懒汉式 单例 线程不安全
 */
public class Singleton implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private static Singleton instance;

    private Singleton(){}

    public static Singleton getSingleton(){
        if(null != instance) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

　这种写法，虽然实现了懒加载，节省了内存，但线程不安全。

　假设有两个线程，并假设 new Singleton() 耗时2秒，0秒时，线程1执行new，然后去等待，1秒时，线程2执行if判断，

这个时候判断结果就是true，这样就会出现两个Singleton对象，完美破坏掉了单例。

4，线程不安全的写法 - 2

/**
 * @author xujp
 * 懒汉式 单例 代码块加锁 线程不安全
 */
public class Singleton implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private static Singleton instance;

    private Singleton(){}

    public static Singleton getSingleton(){
        if(null != instance) {
            synchronized (Singleton.class) {
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

　这种写法虽然在new Single()时，增加了锁，但这个锁，并不能阻止单例被破坏，所以这种写法错误。

　同样，假设有两个线程，线程1执行到synchronized时，线程2执行if判断，这个时候判断结果就是true，

这样就会出现两个Singleton对象，同样完美破坏掉了单例。

5，线程安全，但资源消耗过多

/**
 * @author xujp
 * 懒汉式 单例 方法加锁 线程不安全
 */
public class Singleton implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private static Singleton instance;

    private Singleton(){}

    synchronized public static Singleton getSingleton(){
        if(null != instance) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

　这种写法确实能够保证线程安全，但synchronized属于方法锁，而方法锁回锁定对象，导致性能低下。

6，相对完美的写法 - 1

/**
 * @author xujp
 * 懒汉式 单例 代码加锁 线程安全
 */
public class Singleton implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private static Singleton instance;

    private Singleton(){}

    public static Singleton getSingleton(){
        if(null != instance) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if(null != instance) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

双检查这种写法，在多线程问题上，属实没有问题，synchronized也没有锁定对象，而且也优化了锁资源开销问题。

7，相对完美的写法 - 2

/**
 * @author xujp
 * 懒汉式 单例 静态内部类 线程安全
 */
public class Singleton implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 1L;

    private static class SingletonInstance{
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }
    private Singleton(){}

    public static Singleton getSingleton(){
        return SingletonInstance.instance;
    }
}

使用静态内部类来实现单例，主要借助JVM机制，静态内部类初始化的时候，其他线程无法进入，从而避免了多线程问题。

而且静态内部类不会直接初始化，从而减轻了内存开销。

8，完美写法

/**
 * @author xujp
 * 枚举实现单例
 */
public enum Singleton {
    SINGLETON;
    private String property = "hello ca fe ba be";
    public void doSomeThing(){
        System.out.println(property);
    }
}

这种写法用枚举解决多线程问题，而且时唯一一种解决序列化问题的写法。

改写法出自大神Josh Bloch，如果有兴趣可以去查看一下他的资料。

总结：

1，1和2写法虽然是饿汉式，没有实现懒加载，也没有100%保证单例，但却是我们最常用的写法，

　因为，单例对象通常占用空间不会很大，而且程序都由程序员自己管理，被反序列的危险性不高。

2，3和4写法实现了懒加载，减少了内存开销，但不能使用，因为多线程开发，是我们常见的开发。

3，5写法使用了方法锁，会将对象锁住，会导致性能大打折扣。

4，6和7写法，懒加载、性能都非常完美，缺点只有一个，那就是序列化问题。

5，8写法，笔者暂未发现缺点。

实际开发中，无论是使用1、2写法，还是使用6、7写法，亦或是使用8写法，都是可以的。