java设计模式学习笔记——单例模式

1 单例模式介绍

1.1单例模式定义
单例模式是设计模式的一种，它确保了一个类只能创建一个实例，并且提供能够访问他的全局访问点。

1.2单例模式的特点

1. 保证自己只有一个实例
2. 自己创建自己的实例
3. 对外提供一个全局访问点

1.3单例模式的优点

1. 减少创建java实例所带来的系统开销，提高了系统效率
2. 能够严格控制客户对它的访问
3. 便于系统跟踪单个java实例的生命周期、实例状态

1.4单例模式应用场景
当系统只需要一个实例对象时可以使用单例模式，如：数据库连接池、线程池、配置类、管理类、spring默认管理对象的方式等。

2 单例模式的实现方式

2.1饿汉式

/**
 * 饿汉式:加载类的时候就创建实例，效率高，不能实现懒加载，适合初始化就会被使用的类
 */
public class SingletonHungry {
    private static SingletonHungry instance = new SingletonHungry();
    //私有化构造,保证外界无法直接访问
    private SingletonHungry() {
    }
    //提供全局唯一的访问点获取实例
    public static SingletonHungry getInstance(){
        return instance;
    }
}

2.2懒汉式

/**
 * 懒汉式：可以实现延迟加载，但由于用到锁，效率没有恶汉式高
 */
public class SingletonLazy {
    private static volatile SingletonLazy instance;//new对象不是原子操作，这里用volatile修饰；

    private SingletonLazy() {
    }

    public SingletonLazy getInstance(){
            if (null == instance) {
                synchronized (this) {
                    if(null == instance) {
                        instance = new SingletonLazy();
                    }
                }
            }
        return instance;
    }
}

volatile更多介绍：https://blog.youkuaiyun.com/ACreazyCoder/article/details/80982578

2.3静态内部类实现

//使用静态内部类实现单例模式,可以懒加载
public class Singleton implements Serializable {
    private Singleton() {
    }
    private static class SingletonInner{
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonInner.instance;
        }
}

3单例模式破解与避免

3.1反射破解
以前面的饿汉式为例，代码如下：

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        SingletonHungry instance = SingletonHungry.getInstance();
        //反射破解单例
        Class cls = SingletonHungry.class;
        Constructor con = cls.getDeclaredConstructor(null);
        con.setAccessible(true);//关闭安全检查，获取私有构造
        SingletonHungry instance1 = (SingletonHungry)con.newInstance(null);
        System.out.println(instance.hashCode());
        System.out.println(instance1.hashCode());
    }
}

实例一与实例二的哈希值不同，单例被破解

3.2避免反射破解单例的方法
反射是通过它的Class对象来调用构造器创建出新的对象，我们只需要在构造器中手动抛出异常，导致程序停止就可以达到目的了，代码如下：

public class SingletonHungry {
    private static SingletonHungry instance = new SingletonHungry();
    //私有化构造,保证外界无法直接访问
    private SingletonHungry() {
        //如果instance不为null抛出异常，防止反射获取类的实例
        if (null != instance){
            throw new  RuntimeException("通过反射非法获取类的实例");
        }
    }
    //提供全局唯一的访问点获取实例
    public static SingletonHungry getInstance(){
        return instance;
    }
}

可以看出，当通过反射去获取类的实例时会抛出异常！

3.3序列化方式破解单例

    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
        //获取单例对象
        Singleton instance = Singleton.getInstance();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(
                new FileOutputStream("D://singleton.txt"));
        //序列化
        oos.writeObject(instance);
        oos.flush();
        oos.close();
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(
                new FileInputStream("D://singleton.txt"));
        //反序列化获取对象
        Singleton instanceIo = (Singleton) ois.readObject();
        System.out.println("序列化前hash："+instance.hashCode());
        System.out.println("序列化后hash："+instanceIo.hashCode());
    }

3.4避免序列化破解方法

public class Singleton implements Serializable {
    private Singleton() {
    }
    private static class SingletonInner{
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonInner.instance;
        }
     
    //有序列化与反序列化操作，需要调用readResolve方法保证单一实例
    protected Object readResolve() {
        return SingletonInner.instance;
    }
}