Singleton（单例模式)

描述

任何情况绝对只有一个实例，并提供一个全局访问点。

场景

单例模式在现实生活中的应用也非常广泛，例如公司 CEO、部门经理等都属于单例模型。J2EE 标准中的 ServletContext 和 ServletContextConfig、Spring 框架应用中的 ApplicationContext、数据库中的连接池等也都是单例模式。

图解

写法

饿汉模式

基础

/**
 * 优点：执行效率高，性能高，没有任何的锁
 * 缺点：某些情况下，可能会造成内存浪费
 */
public class HungrySingleton {

    private static final HungrySingleton hungrySingleton = new HungrySingleton();

    private HungrySingleton(){}

    public static HungrySingleton getInstance(){
        return  hungrySingleton;
    }
}

静态代码块

public class HungryStaticSingleton {
    //先静态后动态
    //先上，后下
    //先属性后方法
    private static final HungryStaticSingleton hungrySingleton;

    //装个B
    static {
        hungrySingleton = new HungryStaticSingleton();
    }

    private HungryStaticSingleton(){}

    public static HungryStaticSingleton getInstance(){
        return  hungrySingleton;
    }
}

懒汉模式

简单版（同步锁）

public class LazySimpleSingletion {
    private static LazySimpleSingletion instance;
    private LazySimpleSingletion(){}

    public synchronized static LazySimpleSingletion getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new LazySimpleSingletion();
        }
        return instance;
    }
}

双重校验（DCL）

/**
 * 优点:性能高了，线程安全了
 * 缺点：可读性难度加大，不够优雅
 */
public class LazyDoubleCheckSingleton {
    private volatile static LazyDoubleCheckSingleton instance;
    private LazyDoubleCheckSingleton(){}

    public static LazyDoubleCheckSingleton getInstance(){
        //检查是否要阻塞
        if (instance == null) {
            synchronized (LazyDoubleCheckSingleton.class) {
                //检查是否要重新创建实例
                if (instance == null) {
                    instance = new LazyDoubleCheckSingleton();
                    //指令重排序的问题
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

内部类（内部类延迟加载）

/*
  ClassPath : LazyStaticInnerClassSingleton.class
              LazyStaticInnerClassSingleton$LazyHolder.class
   优点：写法优雅，利用了Java本身语法特点，性能高，避免了内存浪费,不能被反射破坏
   缺点：不优雅
 */
public class LazyStaticInnerClassSingleton {

    private LazyStaticInnerClassSingleton(){
        if(LazyHolder.INSTANCE != null){
            throw new RuntimeException("不允许非法访问");
        }
    }
    
    private static LazyStaticInnerClassSingleton getInstance(){
        return LazyHolder.INSTANCE;
    }
    
    private static class LazyHolder{
        private static final LazyStaticInnerClassSingleton INSTANCE = new LazyStaticInnerClassSingleton();
    }
}

注册模式

容器方式

public class ContainerSingleton {

    private ContainerSingleton(){}

    private static Map<String,Object> ioc = new ConcurrentHashMap<String, Object>();

    public static Object getInstance(String className){
        Object instance = null;
        if(!ioc.containsKey(className)){
            try {
                instance = Class.forName(className).newInstance();
                ioc.put(className, instance);
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
            return instance;
        }else{
            return ioc.get(className);
        }
    }

}

枚举类方式

public enum EnumSingleton {
    INSTANCE;

    private Object data;

    public Object getData() {
        return data;
    }

    public void setData(Object data) {
        this.data = data;
    }

    public static EnumSingleton getInstance(){return INSTANCE;}
}

线程内单例

public class ThreadLocalSingleton {
    private static final ThreadLocal<ThreadLocalSingleton> threadLocaLInstance =
            new ThreadLocal<ThreadLocalSingleton>(){
                @Override
                protected ThreadLocalSingleton initialValue() {
                    return new ThreadLocalSingleton();
                }
            };

    private ThreadLocalSingleton(){}

    public static ThreadLocalSingleton getInstance(){
        return threadLocaLInstance.get();
    }
}

破坏单例模式方法及解决

反射方式

public class ReflectTest {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            Class<?> clazz = LazyStaticInnerClassSingleton.class;
            
            Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor(null);

            c.setAccessible(true);

            Object instance1 = c.newInstance();

            Object instance2 = c.newInstance();

            System.out.println(instance1);

            System.out.println(instance2);

            System.out.println(instance1 == instance2);

        }catch (Exception e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

通过构造方法解决

private LazyStaticInnerClassSingleton(){
    if(LazyHolder.INSTANCE != null){
        throw new RuntimeException("不允许非法访问");
    }
}

序列化

public class SeriableSingletonTest {
    public static void main(String[] args) {

        SeriableSingleton s1 = null;
        SeriableSingleton s2 = SeriableSingleton.getInstance();

        FileOutputStream fos = null;
        try {

            fos = new FileOutputStream("SeriableSingleton.obj");
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
            oos.writeObject(s2);
            oos.flush();
            oos.close();

            FileInputStream fis = new FileInputStream("SeriableSingleton.obj");
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
            s1 = (SeriableSingleton)ois.readObject();
            ois.close();

            System.out.println(s1);
            System.out.println(s2);
            System.out.println(s1 == s2);

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

通过实现readResolve方法解决

private Object readResolve(){ return INSTANCE;}

其他

Java

反序列化可以通过实现readResolve自定义反序列化对象的创建过程。

volatile 保证变量在多线程中的可见性。通过字节码建立内存屏障，解决指令重排序问题。

ThreadLocal 线程局部变量，不同线程间不可见。

03.单例模式