单例模式：层层剖析寻找最高效安全的单例

问题来源

　　什么是单例？它的运用场景是什么？

　　单例模式是指保证在系统中只存在某类唯一对象。运用场景随处可见，例如工具类、Spring容器默认new对象等。

　　单例模式有几种实现方式？

　　饿汉式、懒汉式、双重检查锁式、内部类式、枚举式。

　　推荐使用方式？

　　饿汉式、内部类式。

饿汉式

　　饿汉式顾名思义饿，那么当应用程序一开始类加载，类的对象立马实例化加载至JVM。

public class SingletonClass {
    /**
     * 优点：调用效率高。
     * 缺点：没有延迟加载。
     */
    private static SingletonClass instance =new SingletonClass();
    
    public static SingletonClass getInstance(){
        return instance;
    }
}

 　　为什么调用效率高?没有延迟加载？

　　答：假设在高并发的场景下，有10W+并发调用，不需要同步处理。可以直接在堆内存直接获取对象不需要任何等待。

　　　　同样，它没有延迟加载，如果它是需要消耗很大内存的对象，最开始就加载入堆内存，而用户暂时不需要。这样就会严重占用堆内存，影响运行效率。

 懒汉式

　　导引：脑洞大开的程序员们说：上述问题还不简单，当调用的时候在new对象不就行。于是出现了懒汉式的雏形版本。

public class SingletonClass {
    private static SingletonClass instance;
</span><span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">static</span><span style="color: #000000;"> SingletonClass getInstance(){
    </span><span style="color: #0000ff;">if</span>(<span style="color: #0000ff;">null</span>==<span style="color: #000000;">instance){
        instance</span>=<span style="color: #0000ff;">new</span><span style="color: #000000;"> SingletonClass();
    }
    </span><span style="color: #0000ff;">return</span><span style="color: #000000;"> instance;
}

}

 　　懒汉式顾名思义懒，就是延迟加载，当被调用的时候再实例化。

　　问题：如果你是初出茅庐的应届生写成这样，估计面试官也不会追究什么。如果你是有一年工作年限的程序员，估计面试官就会声讨你了。假设，并发数10W+，它就将被蹂躏的不堪入目。那么我们需要怎么解决呢？加上同步操作就大功告成。

public class SingletonClass {
    
    //调用效率低、延迟加载
    private static SingletonClass instance;
    
    public static synchronized SingletonClass getInstance(){
        if(null==instance){
            instance=new SingletonClass();
        }
        return instance;
    }
}

 　　问题：从效率维度考虑，估计这样已经完美了吧？但是，从安全纬度考虑，依然隐隐约约存在问题。如果是接触过反射、反序列化的同学，我们一起来继续探讨。

/**
 * 通过反射破坏懒汉式单例
 * @author aaron
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        SingletonClass clazzOne=SingletonClass.getInstance();
        SingletonClass clazzTwo=SingletonClass.getInstance();
    System.out.println(</span>"clazzOne-hasCode:"+<span style="color: #000000;">clazzOne.hashCode());
    System.out.println(</span>"clazzTwo-hasCode:"+<span style="color: #000000;">clazzTwo.hashCode());
    
    Class</span>&lt;SingletonClass&gt; clazz=(Class&lt;SingletonClass&gt;)Class.forName("singleton.SingletonClass"<span style="color: #000000;">);
    Constructor</span>&lt;SingletonClass&gt; c=clazz.getConstructor(<span style="color: #0000ff;">null</span><span style="color: #000000;">);
    c.setAccessible(</span><span style="color: #0000ff;">true</span><span style="color: #000000;">);
    SingletonClass clazzThree</span>=<span style="color: #000000;">c.newInstance();
    SingletonClass clazzFour</span>=<span style="color: #000000;">c.newInstance();
    System.out.println(</span>"clazzThree-hasCode:"+<span style="color: #000000;">clazzThree.hashCode());
    System.out.println(</span>"clazzFour-hasCode:"+<span style="color: #000000;">clazzFour.hashCode());
}

}

 

public class SingletonClass implements Serializable{
    
    private static SingletonClass instance;
    
    public static synchronized SingletonClass getInstance(){
        if(null==instance){
            instance=new SingletonClass();
        }
        return instance;
    }
    
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        SingletonClass clazzOne=SingletonClass.getInstance();
        SingletonClass clazzTwo=SingletonClass.getInstance();    
        System.out.println("clazzOne-hasCode:"+clazzOne.hashCode());
        System.out.println("clazzTwo-hasCode:"+clazzTwo.hashCode());
        
    
        FileOutputStream fos=new FileOutputStream(new File("f:/test.txt"));
        ObjectOutputStream bos=new ObjectOutputStream(fos);
        bos.writeObject(clazzOne);
        bos.close();
        fos.close();
        
        FileInputStream fis=new FileInputStream(new File("f:/test.txt"));
        ObjectInputStream bis=new ObjectInputStream(fis);
        SingletonClass clazzThree=(SingletonClass) bis.readObject();
        System.out.println("clazzThree-hasCode:"+clazzThree.hashCode());
    }
}

 

　　问题：这么轻易就被破解了？那怎么解决呢？

public class SingletonClass implements Serializable{
</span><span style="color: #0000ff;">private</span> <span style="color: #0000ff;">static</span><span style="color: #000000;"> SingletonClass instance;

</span><span style="color: #0000ff;">private</span><span style="color: #000000;"> SingletonClass(){
    </span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;">防止被反射</span>
    <span style="color: #0000ff;">if</span>(<span style="color: #0000ff;">null</span>!=<span style="color: #000000;">instance){
        </span><span style="color: #0000ff;">throw</span> <span style="color: #0000ff;">new</span><span style="color: #000000;"> RuntimeException();
    }
}

</span><span style="color: #0000ff;">public</span> <span style="color: #0000ff;">static</span> <span style="color: #0000ff;">synchronized</span><span style="color: #000000;"> SingletonClass getInstance(){
    </span><span style="color: #0000ff;">if</span>(<span style="color: #0000ff;">null</span>==<span style="color: #000000;">instance){
        instance</span>=<span style="color: #0000ff;">new</span><span style="color: #000000;"> SingletonClass();
    }
    </span><span style="color: #0000ff;">return</span><span style="color: #000000;"> instance;
}

</span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;">当没有定义这方法时，反序列化默认是重新new对象。
</span><span style="color: #008000;">//</span><span style="color: #008000;">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！</span>
<span style="color: #0000ff;">private</span> Object readResolve() <span style="color: #0000ff;">throws</span><span style="color: #000000;"> ObjectStreamException{
    </span><span style="color: #0000ff;">return</span><span style="color: #000000;"> instance;
}

}

 双重检查锁与内部类

　　双重检查锁与内部类的方式：缘由懒汉式、饿汉式要么存在调用效率低或者运行效率低问题。而这两种方式取前两者的优点为自己所用。

/**
 * 单例模式-双重检查锁
 * @author aaron
 */
public class SingletonClass{
    private static SingletonClass instance;
    
    public static  SingletonClass getInstance(){
        if(null==instance){
            synchronized (SingletonClass.class) {
                if(instance==null){
                    instance=new SingletonClass();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

 　　问题：缘由JVM对于此种方式的同步控制，并不稳定，当高并发的时候，可能会出现问题，并不推荐使用这种方式。理论上来说，它是不存在问题的。

/**
 * 单例模式-内部类的方式
 * @author aaron
 */
public class SingletonClass{
    
    private static class InnerClass{
        public static SingletonClass instance=new SingletonClass(); 
    }
    
    public static SingletonClass getInstance(){
        return InnerClass.instance;
    }
}

/**
 * 单例模式-枚举的方式
 * @author aaron
 */
public enum SingletonClass{
    INSTANCE
}

版权声明

　　作者：邱勇Aaron

　　出处：http://www.cnblogs.com/qiuyong/

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