搞清楚单例模式，其实很简单

Posted 2021-05-01 老扬学JAVA

Java中单例定义

“一个类有且仅有一个实例，并且自行实例化向整个系统提供。”

实现单例的特点

1. 构造方法定义成私有方法防止通过构造方法进行实例化对象

2. 提供一个统一的静态方法，调用时只能通过静态方法获取实例对象

常见的单例模式

1. 饿汉式

2. 懒汉式

3. 静态内部类

4. 枚举

饿汉式

我们已经提供了私有的构造方法和静态方法，定义了一个属性叫instance，并且指向new Singleton()。

不管能不能用得到，总之我们先把对象实例化。称之为饿汉式。

懒汉式

私有的构造方法不变，将instance指向null，在静态方法中，增加判断。

如果instance为空，进行实例化操作，否则，直接返回实例。这种方式实现了延迟加载，在被调用时，进行实例化，称为懒汉式。

弊端：多线程环境下，无法保证唯一实例。

模拟多线程环境进行验证： 我们在main方法中循环20次每次都新建一个线程调用getInstance方法，获取类的hashCode。

可以看到，返回对象并不是同一个对象。说明多线程环境下此种方式不可用。

对上面的代码进行改造，在方法中加入synchronized同步关键字，确保同一时间只有一个线程进行访问

加上synchronized后，返回结果已经是同一个对象。

但是：在方法上加锁，粒度比较粗，真正想实现同步执行的，仅仅是实例化对象的这段代码。优化代码:

测试发现，返回的并不是同一个对象

分析：当线程一执行if判断后，拿到锁进行创建实例（还没有实例化完成），这时候线程二也执行if判断，发现实例为空，进入等待，线程一完成实例化后，释放锁，线程二拿到锁，又进行了一遍实例化。导致创建了多个实例。继续优化：

在synchronized里面，在加一层if判断，当线程二拿到锁之后，重新判断，如果instance还是为空，进行实例化操作。这种也被称为是DCL模式(double check lock双重校验)

但是：JVM是会进行指令重排的，一旦出现指令重排序可能就会出现空指针异常。大家可能都会想到volatile关键字，它的第二个特性，禁止指令重排序。所以在属性前加上volatile，禁止JVM进行指令重排。（关于JVM指令重排序和volatile禁止重排的底层实现，后面在给大家分享）

弊端：引入了synchronized后，时耗增大。为了延迟加载，增加同步关键字，反而降低了系统性能。

提问：那么有没有一种不加同步关键字的方式呢？

静态内部类

当类被加载的时候，内部类并不会被初始化，调用getInstance()方法时，才会被加载，然后进行实例化。并且，实例的创建是在类加载时完成的，所以并不需要使用同步关键字。

两种极端情况：

1. 通过序列化和反序列化破坏单例。

我们本地实现了一个序列化和反序列化的过程，比较之后，发现前后两个对象已经不是同一个对象。说明：序列化和反序列化可能会破坏单例。

解决方法：重写readResolve()方法

2. 通过反射机制强行调用私有构造方法进行实例化。

经过比较也验证了反射会破坏序列化

解决方法：通常我们需要在私有构造方法中加入判断，如果实例已经存在，则抛出异常，不能在进行新的实例化操作

有没有一种方案，能完美解决上述的所有问题？

枚举

枚举类是线程安全的，不需要使用同步代码块来实现，更能保证不被反射和反序列化攻击。

尝试用反射破坏枚举单例

因为Java的枚举类都隐式的继承自Enum抽象类，Enum抽象类本身并没有无参的构造方法。只有一个Enum(String name, int ordinal)的构造方法。所以会报NoSuchMethodException,我们在来看一下Constructor的newInstance()方法的源码

可以看到如果类是ENUM修饰，则抛出异常，所以JDK反射机制从内部就已经禁止了用反射创建枚举实例

尝试用序列化反序列化破坏枚举单例

结果：序列化和反序列化是同一个对象

看下源码，在ObjectInputStream类中会判断如果是枚举类型的调用readEnum()方法

在readEnum()方法中，通过描述符获取枚举单例的类型，在获取单例的名字，然后在调用Enum.valueOf()方法，根据类型和名字直接获取到单例对象

总结：枚举是目前比较好的一种实现单例的方式