单例模式（Singleton）

一、单例模式介绍

单例模式：保证一个类只有一个实例，并且提供一个访问该实例的全局访问点。

单例模式优点：

1.只生成一个实例，系统开销比较小

2.单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化共享资源的访问。

常见单例模式分类：

主要：

饿汉式（线程安全，调用效率高，但是不能延时加载）

懒汉式（线程安全，调用效率不高，但是可以延时加载）

其他：

双重检测锁式（由于JVM底层内部模型原因，偶尔会出问题。不建议使用）

静态内部类式（线程安全，调用效率高。但是可以延时加载）

枚举单例（线程安全，调用效率高，不能延时加载）

 

二、单例模式实例代码

1、懒汉式

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package com.fz.singleton;   /**  * 饿汉式单例：所谓饿汉式，就是比较饿。当类一加载的时候就直接new了一个静态实例。不管后面有没有用到该实例  */ public class Singleton1 {     /**      * 1、提供一个静态变量。      * 当类加载器加载该类时，就new一个实例出来。从属于这个类。不管后面用不用这个类。所以没有延时加载功能      */     private static Singleton1 instance = new Singleton1();     /**      * 2、私有化构造器:外部是不能直接new该对象的      */     private Singleton1(){}     /**      * 3、对外提供一个公共方法来获取这个唯一对象（方法没有使用synchronized则调用效率高）      * @return      */     public static Singleton1 getInstance(){         return instance;     } }

2、饿汉式

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package com.fz.singleton;   /**  * 懒汉式单例：比较懒，一开始不初始化实例。等什么时候用就什么时候初始化.避免资源浪费  */ public class Singleton2 {     /**      * 1、声明一个静态实例，不给它初始化。等什么时候用就什么时候初始化。节省资源      */     private static Singleton2 instance;     /**      * 2、依然私有化构造器，对外不让new      */     private Singleton2(){}     /**      * 3、对外提供一个获取实例的方法，因为静态属性没有实例化。      * 假如高并发的时候，有可能会同时调用该方法。造成new出多个实例。所以需要加上同步synchronized，因此调用效率不高      * 在方法上加同步，是整个方法都同步。效率不高      * @return      */     public synchronized static Singleton2 getInstance(){         if (instance == null ) {//第一次调用时为空，则直接new一个             instance = new Singleton2();         }         //之后第二次再调用的时候就已经初始化了，不用再new。直接返回         return instance;     } }

3、双重检索方式

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package com.fz.singleton; /**  * 双重检索单例模式  * 将锁加在判断实例为空的地方，不加在方法上  */ public class Singleton3 {     /**      * 1、提供未实例化的静态实例      */     private static Singleton3 instance = null;     /**      * 2、私有化构造器      */     private Singleton3(){}     /**      * 3、对外提供获取实例的方法      * 但是同步的时候将锁放到第一次获取实例的时候，这样的好处就是只有第一次会同步。效率高      * @return      */     public static Singleton3 getInstance(){         if (instance == null ) {             Singleton3 s3;             synchronized (Singleton3.class) {                 s3 = instance;                 if (s3 == null ) {                     synchronized (Singleton3.class) {                         if (s3 == null ) {                             s3 = new Singleton3();                         }                     }                     instance = s3;                 }             }         }         return instance;     }   }

4、静态内部类方式

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package com.fz.singleton; /**  * 静态内部类单例实现  */ public class Singleton4 {           /**      * 1、私有化构造器      */     private Singleton4(){}     /**      * 2、声明一个静态内部类,在静态内部类内部提供一个外部类的实例（常量，不可改变）      * 初始化Singleton4 的时候不会初始化SingletonClassInstance，实现了延时加载。并且线程安全      */     private static class SingletonClassInstance{         //该实例只读，不管谁都不能修改         private static final Singleton4 instance = new Singleton4();     }     /**      * 3、对外提供一个获取实例的方法：直接返回静态内部类中的那个常量实例      * 调用的时候没有同步等待，所以效率也高      * @return      */     public static Singleton4 getInstance(){         return SingletonClassInstance.instance;     }   }

5、枚举单例

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package com.fz.singleton; /**  * 枚举实现单例模式（枚举本身就是单例）  */ public enum Singleton5 {     /**      * 定义一个枚举元素，它就是一个单例的实例了。      */     INSTANCE;           /**      * 对枚举的一些操作      */     public void singletonOperation(){               }       }

 

三、如何破解单例模式？

a、通过反射破解（不包括枚举，因为枚举本身是单例，是由JVM管理的）

b、通过反序列化

1、通过反射破解单例实例代码

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package com.fz.singleton;   import java.lang.reflect.Constructor;   /**  * 通过反射破解单例模式  */ public class TestReflect {     public static void main(String[] args) throws Exception {         Singleton6 s1 = Singleton6.getInstance();         Singleton6 s2 = Singleton6.getInstance();         System.out.println(s1 == s2);//true                   //通过反射破解         Class<Singleton6> clazz = (Class<Singleton6>) Class.forName(Singleton6.class.getName());         Constructor<Singleton6> c = clazz.getDeclaredConstructor(null);//获得无参构造器         c.setAccessible(true);//跳过检查：可以访问private构造器         Singleton6 s3 = c.newInstance();//此时会报错：没有权限访问私有构造器         Singleton6 s4 = c.newInstance();         System.out.println(s3==s4);//不加c.setAccessible(true)则会报错。此时的结果就是false，获得的就是两个对象               } }

如何防止反射破解单例模式呢？

在Singleton6构造的时候，假如不是第一次就直接抛出异常。不让创建。这样第二次构建的话就直接抛出异常了。

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private Singleton6(){     if (instance != null) {         //如果不是第一次构建，则直接抛出异常。不让创建         throw new RuntimeException();     } }

2、通过序列化和反序列化构建对象

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package com.fz.singleton;   import java.io.FileInputStream; import java.io.FileOutputStream; import java.io.ObjectInputStream; import java.io.ObjectOutputStream; import java.lang.reflect.Constructor;   /**  * 通过反射破解单例模式  */ public class TestReflect {     public static void main(String[] args) throws Exception {         Singleton6 s1 = Singleton6.getInstance();         Singleton6 s2 = Singleton6.getInstance();           //通过反序列化构建对象：通过序列化将s1存储到硬盘上，然后再通过反序列化把s1再构建出来         FileOutputStream fos = new FileOutputStream("e:/a.txt");         ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);         oos.writeObject(s1);         oos.close();         fos.close();         //通过反序列化将s1对象再构建出来         ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("e:/a.txt"));         Singleton6 s5 = (Singleton6) ois.readObject();         System.out.println(s5);//此时打印出一个新对象         System.out.println(s1==s5);//false     } }

防止反序列化构建对象

在Singleton6中定义一个方法，此时结果就会一样了。System.out.println(s1==s5);结果就是true了

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package com.fz.singleton;   import java.io.ObjectStreamException; import java.io.Serializable;   /**  * 用于测试反射破解的单例类  */ public class Singleton6 implements Serializable {     /**      * 1、提供一个静态变量。      * 当类加载器加载该类时，就new一个实例出来。从属于这个类。不管后面用不用这个类。所以没有延时加载功能      */     private static Singleton6 instance = new Singleton6();     /**      * 2、私有化构造器:外部是不能直接new该对象的      */     private Singleton6(){         if (instance != null) {             //如果不是第一次构建，则直接抛出异常。不让创建             throw new RuntimeException();         }     }     /**      * 3、对外提供一个公共方法来获取这个唯一对象（方法没有使用synchronized则调用效率高）      * @return      */     public static Singleton6 getInstance(){         return instance;     }           /**      * 反序列化时，如果定义了readResolve()则直接返回该方法指定的实例。不会再单独创建新对象！      * @return      * @throws ObjectStreamException      */     private Object readResolve() throws ObjectStreamException{         return instance;     }       }

测试几种单例的速度

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package com.fz.singleton;    import java.util.concurrent.CountDownLatch;    /**  * 测试几种单例模式的速度  */ public class TestSingleton {     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {         long start = System.currentTimeMillis();         int threadNum = 10;//10个线程         final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadNum);                    for (int i = 0; i < threadNum; i++) {             new Thread(new Runnable() {                 @Override                 public void run() {                     for (int i = 0; i < 100000; i++) {                         Object o = Singleton5.INSTANCE;                     }                     countDownLatch.countDown();//计数器-1                 }             }).start();         }                    countDownLatch.await();//main线程阻塞         long end = System.currentTimeMillis();         System.out.println("耗时："+(end-start));                    /**          * 结果（毫秒）:          * Singleton1（饿汉式）耗时：5          * Singleton2（懒汉式）耗时：227          * Singleton3（双重检索式）耗时：7          * Singleton4（静态内部类式）耗时：40          * Singleton5（枚举式）耗时：5          */     } }

 

四、总结

如何选用？

        枚举式  好于  饿汉式

        静态内部类式  好于 懒汉式

常见应用场景

        ​windows的任务管理器

        网站的计数器

        数据库的连接池

        Application容器也是单例

        Spring中每个bean默认也是单例

        Servlet中，每个servlet也是单例