单例模式（两种）

Posted 2022-12-06 ohana！

目录

一，概念

二，应用实例

三，饿汉模式

四，懒汉模式（单线程）

五，懒汉模式（多线程且效率低）

六，懒汉模式（双重校验锁）

七，破坏单例模式

八，总结

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一，概念

• 单例模式是指在内存中只会创建且仅创建一次对象的设计模式
• 在程序中多次使用同一个对象且作用相同时，为了防止频繁地创建对象使得内存飙升，单例模式可以让程序仅在内存中创建一个对象，让所有需要调用的地方都共享这一单例对象

 

二，应用实例

在jdbc操作时，使用了DataSource（数据库连接池）

三，饿汉模式

• 饿汉式：在类加载时已经创建好该单例对象，等待被程序使用

public class Singleton 
    //在类加载时就已经创建好，不存在线程安全和并发问题
    private static Singleton instance  = new Singleton();

    private static Singleton getInstance()
        return instance;
    

四，懒汉模式（单线程）

• 懒汉式：在真正需要使用对象时才去创建该单例类对象

public class SingletonLazy 
    //类加载时不创建，在调用方法时才实例化一个单例对象
    //线程不安全
    private static SingletonLazy instance = null;

    public static SingletonLazy getInstance()
        if(instance == null)
            instance = new SingletonLazy();
        
        return instance;
    

五，懒汉模式（多线程且效率低）

public class SingletonLazy 
    //类加载时不创建，在调用方法时才实例化一个单例对象
    private static SingletonLazy instance = null;

    public static SingletonLazy getInstance()
        //线程安全了，但是每次获取对象都需要先获取锁，并发性能非常地差
        //极端情况下，可能会出现卡顿现象
        synchronized (SingletonLazy.class) 
            if (instance == null) 
                instance = new SingletonLazy();
            
        
        return instance;
    

六，懒汉模式（双重校验锁）

public class SingletonLazy 
    //类加载时不创建，在调用方法时才实例化一个单例对象
    private static volatile SingletonLazy instance = null;

    public static SingletonLazy getInstance()
        //线程安全了，但是每次获取对象都需要先获取锁，并发性能非常地差
        //极端情况下，可能会出现卡顿现象
        if(instance == null) 
            synchronized (SingletonLazy.class) 
                if (instance == null) 
                    instance = new SingletonLazy();
                
            
        
        return instance;
    

关于volatile锁的作用：防止指令重排序

创建一个对象，在JVM中会经过三步：

（1）为instance分配内存空间

（2）初始化instance对象

（3）将instance指向分配好的内存空间

指令重排序是指：

1. JVM在保证最终结果正确的情况下，可以不按照程序编码的顺序执行语句，尽可能提高程序的性能
2. 使用volatile关键字修饰的变量，可以保证其指令执行的顺序与程序指明的顺序一致，不会发生顺序变换
3. 使用volatile关键字修饰的变量，可以保证其内存可见性，即每一时刻线程读取到该变量的值都是内存中最新的那个值，线程每次操作该变量都需要先读取该变量。

七，破坏单例模式

无论是完美的懒汉式还是饿汉式，终究敌不过反射和序列化，它们俩都可以把单例对象破坏掉（产生多个对象）。

1：利用反射破坏单例模式（利用反射，强制访问类的私有构造器，去创建另一个对象        ）

public static void main(String[] args) 
    // 获取类的显式构造器
    Constructor<Singleton> construct = Singleton.class.getDeclaredConstructor();
    // 可访问私有构造器
    construct.setAccessible(true); 
    // 利用反射构造新对象
    Singleton obj1 = construct.newInstance(); 
    // 通过正常方式获取单例对象
    Singleton obj2 = Singleton.getInstance(); 
    System.out.println(obj1 == obj2); // false

2：利用序列化与反序列化破坏单例模式

public static void main(String[] args) 
    // 创建输出流
    ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("Singleton.file"));
    // 将单例对象写到文件中
    oos.writeObject(Singleton.getInstance());
    // 从文件中读取单例对象
    File file = new File("Singleton.file");
    ObjectInputStream ois =  new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
    Singleton newInstance = (Singleton) ois.readObject();
    // 判断是否是同一个对象
    System.out.println(newInstance == Singleton.getInstance()); // false

在 JDK1.5 后，使用 Java 语言实现单例模式的方式又多了一种：枚举

public enum Singleton 
    INSTANCE;
    
    public void doSomething() 
        System.out.println("这是枚举类型的单例模式！");
    

优势1：代码对比饿汉式与懒汉式来说，更加地简洁

优势2：它不需要做任何额外的操作去保证对象单一性与线程安全性

优势3：使用枚举可以防止调用者使用反射、序列化与反序列化机制强制生成多个单例对象，破坏单例模式

八，总结

（1）单例模式常见的写法有两种：懒汉式、饿汉式

（2）懒汉式：在需要用到对象时才实例化对象，正确的实现方式是：双重校验锁，解决了并发安全和性能低下问题

（3）饿汉式：在类加载时已经创建好该单例对象，在获取单例对象时直接返回对象即可，不会存在并发安全和性能问题。

（4）在开发中如果对内存要求非常高，那么使用懒汉式写法，可以在特定时候才创建该对象；

（5）如果对内存要求不高使用饿汉式写法，因为简单不易出错，且没有任何并发安全和性能问题

（6）为了防止多线程环境下，因为指令重排序导致变量报异常，需要在单例对象上添加volatile关键字防止指令重排序

（7）最优雅的实现方式是使用枚举，其代码精简，没有线程安全问题，且 Enum 类内部防止反射和反序列化时破坏单例。