什么是单例

单例模式确保某各类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。在计算机系统中，线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能，每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个Printer spooler，以避免两个打印作业同时输出到打印机中，每台计算机可以有若干通信端口，系统应当集中管理这些通信端口，以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。总之，选择单例模式就是为了避免不一致状态

单例模式特点

1、单例类只能有一个实例。

2、单例类必须自己创建自己唯一的实例。

3、单例类必须给所有其它对象提供这一实例。

单例模式优缺点

1、单例类只有一个实例
2、共享资源，全局使用
3、节省创建时间，提高性能

单例模式的七种写法

分别是「饿汉」、「懒汉(非线程安全)」、「懒汉(线程安全)」、「双重校验锁」、「静态内部类」、「枚举」和「容器类管理]

1.饿汉式

package com.xuyu.V1;

/**
* author:须臾
*/
public class SingletonV1 {
/**
* 饿汉式
*  优点：先天线程安全，当类初始化的时候就会创建该对象
*  缺点：如果饿汉式使用频繁，可能会影响项目启动效率
*/
private static SingletonV1 singletonV1=new SingletonV1();

/**
* 将构造函数私有化，禁止初始化
*/
private SingletonV1(){}

public static SingletonV1 getInstance(){
return singletonV1;
}
/**
* 测试单例
*/
public static void main(String[] args) {
SingletonV1 instance1 = SingletonV1.getInstance();
SingletonV1 instance2 = SingletonV1.getInstance();
//结果为true,说明保证了单例
System.out.println(instance1==instance2);

}
}

源码分析Runtime

//饿汉式单例
public class Runtime {
private static Runtime currentRuntime = new Runtime();

public static Runtime getRuntime() {
return currentRuntime;
}
..
}

2.懒汉式（线程不安全）

package com.xuyu.V2;

/**
* author:须臾
*/
public class SingletonV2 {

/**
* 饿汉式（线程不安全）
*/
private static SingletonV2 singletonV2;

private SingletonV2(){}

/**
* 创建对象使用
*/
public static SingletonV2 getInstance(){
if(singletonV2==null){
try {
Thread.sleep(2000);
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
singletonV2=new SingletonV2();
}
return singletonV2;
}

/**
* 测试单例
*/
public static void main(String[] args) {
for (int i=0;i<100;i++){
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
SingletonV2 instance1 = SingletonV2.getInstance();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+","+instance1);
}
}).start();
}
}
}

输出结果:线程不安全

Thread-1,com.xuyu.V2.SingletonV2@383a0ba
Thread-4,com.xuyu.V2.SingletonV2@d9d8ad0
Thread-0,com.xuyu.V2.SingletonV2@546431f0
Thread-5,com.xuyu.V2.SingletonV2@2858c11c
Thread-22,com.xuyu.V2.SingletonV2@3635f62a
Thread-6,com.xuyu.V2.SingletonV2@48369750
Thread-7,com.xuyu.V2.SingletonV2@2770f418
Thread-3,com.xuyu.V2.SingletonV2@6d9da26a
Thread-13,com.xuyu.V2.SingletonV2@77355386
Thread-10,com.xuyu.V2.SingletonV2@29580e2d
....
Thread-94,com.xuyu.V2.SingletonV2@3945e031
Thread-91,com.xuyu.V2.SingletonV2@5caf9db6

3.懒汉式（线程安全）

package com.xuyu.V3;

/**
* author:须臾
*/
public class SingletonV3 {
/**
* 懒汉式线程安全
*/
private static SingletonV3 singletonV3;

private SingletonV3(){}

/**
* 效率低
*/
public synchronized static SingletonV3 getInstance(){
try {
Thread.sleep(2000);
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
if (singletonV3==null){
System.out.println("创建实例SingletonV3");
singletonV3=new SingletonV3();
}
System.out.println("获取SingletonV3实例");
return singletonV3;
}
/**
* 测试单例
*/
public static void main(String[] args) {
for (int i=0;i<100;i++){
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
SingletonV3 instance1 = SingletonV3.getInstance();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+","+instance1);
}
}).start();
}
}
}

输出结果

创建实例SingletonV3
获取SingletonV3实例
Thread-0,com.xuyu.V3.SingletonV3@95458f7
获取SingletonV3实例
Thread-99,com.xuyu.V3.SingletonV3@95458f7
获取SingletonV3实例
Thread-98,com.xuyu.V3.SingletonV3@95458f7
获取SingletonV3实例
Thread-97,com.xuyu.V3.SingletonV3@95458f7
获取SingletonV3实例
....

4.双重检验锁(DCL)

package com.xuyu.V4;

public class SingletonV4 {
/**
* volatile 禁止指令重排序
*/
private static volatile SingletonV4 singletonV4;

private SingletonV4(){}

public static SingletonV4 getInstance(){
if(singletonV4==null){//第一次判断如果没有创建对象就开始加锁
synchronized (SingletonV4.class){
if (singletonV4==null){//当用户抢到锁，判断初始化
System.out.println("第一次开始创建实例对象，获取到锁了");
try {
Thread.sleep(2000);
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
singletonV4=new SingletonV4();
}
}
}
return singletonV4;
}
/**
* 测试单例
*/
public static void main(String[] args) {
for (int i=0;i<100;i++){
new Thread(new Runnable() {
public void run() {
SingletonV4 instance1 = SingletonV4.getInstance();
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+","+instance1);
}
}).start();
}
}
}

输出结果:线程安全

第一次开始创建实例对象，获取到锁了
Thread-99,com.xuyu.V4.SingletonV4@383a0ba
Thread-89,com.xuyu.V4.SingletonV4@383a0ba
Thread-92,com.xuyu.V4.SingletonV4@383a0ba
Thread-91,com.xuyu.V4.SingletonV4@383a0ba
....
Thread-8,com.xuyu.V4.SingletonV4@383a0ba
Thread-6,com.xuyu.V4.SingletonV4@383a0ba
Thread-9,com.xuyu.V4.SingletonV4@383a0ba
Thread-12,com.xuyu.V4.SingletonV4@383a0ba
Thread-11,com.xuyu.V4.SingletonV4@383a0ba
Thread-10,com.xuyu.V4.SingletonV4@383a0ba
Thread-15,com.xuyu.V4.SingletonV4@383a0ba
Thread-19,com.xuyu.V4.SingletonV4@383a0ba
Thread-16,com.xuyu.V4.SingletonV4@383a0ba

5.静态内部内形式

package com.xuyu.V5;

/**
* author:须臾
*/
public class SingletonV5 {
private SingletonV5(){
System.out.println("对象初始化...");
}
public static SingletonV5 getInstance(){
return SingletonV5Utils.singletonV5;
}
/**
* 静态内部类方式：能够避免同步带来的效率问题和实现懒加载
*/
public static class SingletonV5Utils{
private static SingletonV5 singletonV5=new SingletonV5();
}
/**
* 测试单例
*/
public static void main(String[] args) {
System.out.println("项目启动成功。。。");
SingletonV5 instance1 = SingletonV5.getInstance();
SingletonV5 instance2 = SingletonV5.getInstance();
System.out.println(instance1==instance2);

}
}

输出结果

项目启动成功。。。
对象初始化...
true

6.枚举形式

package com.xuyu.V6;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;

/**
* author:须臾
*/
public enum  EnumSingleton {
INSTANCE;
// 枚举能够绝对有效的防止实例化多次,和防止反射和序列化破坏
public void add() {
System.out.println("add方法...");
}
/**
* 测试单例
*/
public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
EnumSingleton instance1 = EnumSingleton.INSTANCE;
EnumSingleton instance2 = EnumSingleton.INSTANCE;
System.out.println(instance1==instance2);
Constructor<EnumSingleton> declaredConstructor = EnumSingleton.class.getDeclaredConstructor();
declaredConstructor.setAccessible(true);
EnumSingleton v6 = declaredConstructor.newInstance();
System.out.println(v6==instance1);

}

}

输出结果：反射破坏不了单例

true
Exception in thread "main" java.lang.NoSuchMethodException: com.xuyu.V6.EnumSingleton.<init>()
at java.lang.Class.getConstructor0(Class.java:3082)
at java.lang.Class.getDeclaredConstructor(Class.java:2178)
at com.xuyu.V6.EnumSingleton.main(EnumSingleton.java:19)

7.使用容器管理

package com.xuyu.V7;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class SingletonManager {
private static Map<String, Object> objMap = new HashMap<String, Object>();
public static void registerService(String key, Object instance) {
if (!objMap.containsKey(key)) {
objMap.put(key, instance);
}
}
public static Object getService(String key) {
{
return objMap.get(key);
}
}
}

这种使用SingletonManager 将多种单例类统一管理，在使用时根据key获取对象对应类型的对象。这种方式使得我们可以管理多种类型的单例，并且在使用时可以通过统一的接口进行获取操作，降低了用户的使用成本，也对用户隐藏了具体实现，降低了耦合度。

如何防止破坏单例

虽然单例通过私有构造函数，可以实现防止程序猿初始化对象，但是还可以通过反射和序列化技术破坏单例。

1.使用反射技术破坏单例

// 1. 使用懒汉式创建对象
SingletonV3 instance1 = SingletonV3.getInstance();
// 2. 使用Java反射技术初始化对象 执行无参构造函数
Constructor<SingletonV3> declaredConstructor = SingletonV3.class.getDeclaredConstructor();
declaredConstructor.setAccessible(true);
SingletonV3 instance2 = declaredConstructor.newInstance();
System.out.println(instance1 == instance2);

如何防止被反射破坏

私有构造函数

private SingletonV3() throws Exception {
synchronized (SingletonV3.class) {
if (singletonV3 != null) {
throw new Exception("该对象已经初始化..");
}
System.out.println("执行SingletonV3无参构造函数...");
}

}

2.使用序列化技术破坏单例

Singleton instance = Singleton.getInstance();
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("E:\\code\\Singleton.obj");
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
oos.writeObject(instance);
oos.flush();
oos.close();

FileInputStream fis = new FileInputStream("E:\\code\\Singleton.obj");
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
Singleton singleton2 = (Singleton) ois.readObject();
System.out.println(singleton2==instance)

//返回序列化获取对象 ，保证为单例
public Object readResolve() {
return singletonV3;
}

总结

到这里七中写法都介绍完了，至于选择用哪种形式的单例模式，取决于你的项目本身，是否是有复杂的并发环境，还是需要控制单例对象的资源消耗。

 

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