单例模式---singleton

Posted 2020-08-04

　在Java这这门语言里面，它的优点在于它本身的可移植性上面，而要做到可移植的话，本身就需要一个中介作为翻译工作，以达到本地和Java的统一，但是就这点而言就相当的消耗资源，所以就Java程序员需要不断的去优化自己的代码。今天所研究的单例模式就是在这样的条件下产生的，

　　　　所谓单例模式，就是只有一个实例，在堆里面只有一个。假如我们的实例，就需要一个，但是会多次用到，这样的话就会出现很尴尬的问题。

　　　　比如：

1. 1. Windows的TaskManager（任务管理器）就是很典型的只需要一个实例，
   2. Windows的Recycle（回收站）在系统中，回收站只维护一个实例
   3. 在我们的项目里面，会常常使用到读取配置文件的类，
   4. 网站的计数器，一般也采用单例模式，否则难以实现同步
   5. 数据库连接池设计一般也采用单例模式，因为数据库连接是一种数据库资源
   6. 操作系统的文件系统，因为一个操作系统只能有一个文件系统
   7. Application 也是单例模式
   8. Spring中，每个Bean默认就是单例的，这样做的优点是Spring容器可以管理
   9. servlet编程中，每个Servlet也是单例的
   10. 在Spring MVC/struts 1 中，所使用到的控制对象也是单例的

 

　　　　在上述里面我们了解到，单例模式在我们项目中，几乎是天天出现，所以在这里，我们仔细研究一下，这种设计模式的怎么实现最好（说到实现，它的实现我们大多数人只知道有两种，而还有三种模式知道的人不是很多，以及利用反序列化，反射漏洞去强制解除单例）

 

• 　　饿汉模式
  • 　　使用static属性来保持对象的单例模式，但是必须在类加载的时候加载，所以没有延迟实例化的性能
     *             而在得到实例的对象中，没有对资源的同步锁，所以调用效率高
     *             而使用JVM类加载器，JVM底层天然是线程安全的，
  • 优点：线程安全调用率较高
  • 缺点：不能延迟加载
    

     1 public class Eager_Singleton {
     2 
     3     private static Eager_Singleton singleton = new Eager_Singleton();
     4     
     5     private Eager_Singleton(){}
     6     
     7     public static Eager_Singleton newInstance(){
     8         return singleton;
     9     }
    10 }

    
• 　　懒汉模式　
  • 　　依旧使用static属性来保持对象的单例模式，但是在方法里面new出来，当我们去调方法的时候，再去加载，就是懒人，懒得一上来就加载，但是就因为在方法里面实例化，所以我们要在该方法上面使用锁的概念来对他进行同步处理，如果不加锁，那我们在A线程里面去掉用它和在B线程里面去调用它他就不是一个概念了
    • 　优点：可以延时加载，并且线程是安全的
    • 缺点：就是方法实现了同步，所以资源的利用率比较低。

/**
 * 懒汉单例模式
 * @author 刘酸酸
 *
 */
public class Sluggard_Singleton {

    private static Sluggard_Singleton singleton = null;
    
    private Sluggard_Singleton(){}
    
    public synchronized static Sluggard_Singleton newInstance(){
        if(singleton == null){
            singleton = new Sluggard_Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

 

 

• 双重检测式
  • 将同步块内部下方的代码放至到IF内部
  • 所面临的问题：由于编译器优化等原因JVM底层内部模型的原因，偶尔会出问题，不建议使用。

　　　　　

/**
 * 双重检查锁实现单例模式
 * @author 刘酸酸
 *
 */
public class DoubleCheck_Singleton { 

  private static DoubleCheck_Singleton instance = null; 

  public static DoubleCheck_Singleton getInstance() { 
    if (instance == null) { 
      DoubleCheck_Singleton sc; 
      synchronized (DoubleCheck_Singleton .class) { 
        sc = instance; 
        if (sc == null) { 
          synchronized (DoubleCheck_Singleton .class) { 
            if(sc == null) { 
              sc = new DoubleCheck_Singleton (); 
            } 
          } 
          instance = sc; 
        } 
      } 
    } 
    return instance; 
  } 

  private DoubleCheck_Singleton () { 

  } 
    
}

• 静态内部类方式实现

  • 该方式是结合懒汉式和饿汉式的优点，

　　　　　

/**
 * 测试静态内部类实现单例模式
 * 这种方式：线程安全，调用效率高，并且实现了延时加载！
 * @author 刘酸酸
 *
 */
public class StaticInnerClass{
    
    private static class StaticInnerClass{
        private static final StaticInnerClass instance = new StaticInnerClass();
    }
    
    private StaticInnerClass(){
    }
    
    //方法没有同步，调用效率高！
    public static StaticInnerClassgetInstance(){
        return StaticInnerClass.instance;
    }
    
}

 

• 枚举实现
  • 在Java的JVM里面就是一种天然的单例模式，那就是枚举类型，如果使用枚举类型的话会受到JVM底层的保护

    • 比如使用反序列化，和使用反射是不能打破这个原则的

  • 优点：上诉

  • 缺点：不能延迟加载

　　　　

/**
 * 测试枚举式实现单例模式(没有延时加载)
 * @author 刘酸酸
 *
 */
public enum Enum_Singleton{
    
    //这个枚举元素，本身就是单例对象！
    INSTANCE;
    
    //添加自己需要的操作！
    public void xxxxx(){
    }    
}

 

• 如何防止反序列化，反射破环单例模式（枚举除外）
  • 在反射中如果我们调用了私有的构造器的话，我们就会抛异常，但是会有人跳过合法检测，这样是可以访问到我们的私有构造器的

import java.lang.reflect.Constructor;

/**
 * 测试反射和反序列化破解单例模式
 * @author 刘酸酸
 *
 */
public class Main{
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        
        //通过反射的方式直接调用私有构造器
        Class<Singleton> clazz = (Class<Singleton>) Class.forName("com.suansuan.singleton.Singleton");
        Constructor<Singleton> c = clazz.getDeclaredConstructor(null);
        //跳过合法检查
        c.setAccessible(true);
        Singleton s1 = c.newInstance();
        Singleton s2 = c.newInstance();
        System.out.println(s1);
        System.out.println(s2);
　　}
}

• • 反序列化时，我们也不能得到一个对象，所以，下述代码解决这两种问题
    
    

    /**
     * 测试懒汉式单例模式(如何防止反射和反序列化漏洞)
     * @author 刘酸酸
     *
     */
    public class Singleton implements Serializable {
        //类初始化时，不初始化这个对象（延时加载，真正用的时候再创建）。
        private static Singleton instance;  
        
        private Singleton (){ //私有化构造器
            //反射时，我们作如下操作既可以规避，跳过合法检测的非法访问
            if(instance!=null){
                throw new RuntimeException();
            }
        }
        
        //方法同步，调用效率低！
        public static  synchronized Singleton getInstance(){
            if(instance==null){
                instance = new Singleton ();
            }
            return instance;
        }
        
        //反序列化时，如果定义了readResolve()则直接返回此方法指定的对象。而不需要单独再创建新对象！
        private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
            return instance;
        }
        
    }

    

     

 

 

总结：使用枚举去替代饿汉式，使用静态内部类去替代懒汉式