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曾经天真的以为单例只有懒汉和饿汉两种！原来单…

2019-08-16 11:41:57来源：博客园阅读 ()

曾经天真的以为单例只有懒汉和饿汉两种！原来单例模式还能被破解！！！

01-单例设计模式

第一章：单例模式核心作用

（1）保证一个类只能有一个实例（一个对象）

（2）并且提供一个供外界访问该实例的全局访问点

第二章：常见应用场景

（1）windows的任务管理器、回收站

（2）项目中，读取配置文件的类，一般只有一个对象。没必要每次使用配置文件的数据都要new一个对象去读取

（3）网站的计数器，一般采用单例模式设计，否则无法做到同步

（4）数据库的连接池设计，一般使用单例模式设计

（5）在spring中，每个bean默认就是单例模式，这样做的优点是spring容器方便管理

（6）在servlet编程中，每个Servlet也是单例模式

第三章：单例模式的优点

（1）减少系统性能的开销：当一个对象的产生需要比较多的资源时，如需要读取配置、产生其他依赖对象时，则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后永久存留在内存中的方式来解决。

（2）可以在系统设置全局的访问点。优化共享资源访问，例如可以设计一个单例类，负责所有数据表的映射处理

第四章：常见的单例模式实现方式及优缺点

4.1：饿汉式（重点）

特点：线程安全、调用效率高；但是，不能延时加载

在系统启动的时候，加载该类的时候，由于static的原因，会立即去加载该类的实例化，同时也由于是static，该类在内存中只有这一个，达到单例的要求。但是，由于是立即加载，会占用系统存储空间，有一定的缺陷。

由于将无参构造器私有化，所有外界想要使用该类，必须通过提供的全局唯一访问点，拿到该类的实例化对象。不管外界获取了多少次对象，在内存中，该类的实例对象只有一个。

public class SingletonDemo02 {
    private static /*final*/ SingletonDemo02 s = new SingletonDemo02();
    private SingletonDemo02(){} // 私有化构造器
    public static /*synchronized*/ SingletonDemo02 getInstance(){
        return s;
    }
}

4.2：懒汉式（重点）

特点：线程安全、调用效率不高；但是，可以延时加载

在系统启动的时候，加载该类时，并不会立即去初始化该类；

而是在调用该类的getInstance（）方法时，判断当前类是否被创建，如果没有被创建，则进行创建对象，返回。如果已经创建了，直接返回对象。

同时，考虑到并发的情况下，需要使用synchronized，保证每次只有一个线程去访问该类的方法。保证实例化对象的唯一性。

这种方式，属于延迟加载，真正用到该类的时候才会去加载。提高了资源利用率，但是调用getInstance（）方法都要同步，并发效率低下。

public class SingletonDemo01 {
    private static SingletonDemo01 s;
    private SingletonDemo01(){} // 私有化构造器
    public static synchronized SingletonDemo01 getInstance(){
        if(s==null){
            s = new SingletonDemo01();
         }
        return s;
    }
}

4.3：双重检测锁式（了解）

特点：由于JVM底层内部模型原因，偶尔会出问题，不建议使用

这个模式将同步内容下方到if内部，提高了执行的效率不必每次获取对象时都进行同步，只有第一次才同步创建了以后就没必要了。

public class SingletonDemo03 {
    private static SingletonDemo03 instance = null;
    public static SingletonDemo03 getInstance() {
        if (instance == null) {
            SingletonDemo03 sc;
            synchronized (SingletonDemo03.class) {
                sc = instance;
                if (sc == null) {
                    synchronized (SingletonDemo03.class) {
                    if(sc == null) {
                            sc = new SingletonDemo03();
                            }
                        }
                    instance = sc;
                }
            }
        }
        return instance;
    }
    private SingletonDemo03() {
    }
}

4.4：静态内部类式（理解）

特点：线程安全、调用效率高；但是，可以延时加载

将实例化操作放到静态内部类中，外部类没有static，所以，在初始化类的时候，不会立即去加载静态内部类，当然也不会去实例化对象，达到了延迟加载的特性。

只有在调用了getInstance（）方法的时候，才会去加载静态内部类。加载类的时候，线程是安全的。

instance是static final修饰的，保证了全局唯一性，即单例性。

兼备并发高效率调用和延迟加载特性。

public class SingletonDemo04 {
    private static class SingletonClassInstance {
        private static final SingletonDemo04 instance = new SingletonDemo04();
        }
    public static SingletonDemo04 getInstance() {
        return SingletonClassInstance.instance;
        }
    private SingletonDemo04() {
        }
}

4.5：枚举单例（理解）

特点：线程安全、调用效率高，不能延时加载

枚举本身就是单例模式。由JVM从根本上提供保障！避免通过反射和反序列化的漏洞！

public enum SingletonDemo05 {
    /**
    *  定义一个枚举的元素，它就代表了Singleton 的一个实例。
    */
    INSTANCE;
    /**
    *  单例可以有自己的操作
    */
    public void singletonOperation(){
        // 功能处理
    }
}

第五章：通过反射和反序列化破解单例模式（除枚举单例）

5.1：通过反射破解单例模式（除枚举单例）

//通过反射的方式直接调用私有构造器
Class<SingletonDemo6> clazz = (Class<SingletonDemo6>) Class.forName("com.bjsxt.singleton.SingletonDemo6");
Constructor<SingletonDemo6> c = clazz.getDeclaredConstructor(null);
c.setAccessible(true);
SingletonDemo6  s3 = c.newInstance();
SingletonDemo6  s4 = c.newInstance();
System.out.println(s3);
System.out.println(s4);

如何避免反射破解单例？

通过在构造方法中手动抛出异常

private SingletonDemo6(){ //私有化构造器
        if(instance!=null){
            throw new RuntimeException();
        }
    }

5.2：通过反序列化破解单例模式（除枚举单例）

//通过反序列化的方式构造多个对象 
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("d:/a.txt");
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
oos.writeObject(s1);
oos.close();
fos.close();

ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("d:/a.txt"));
SingletonDemo6 s3 =  (SingletonDemo6) ois.readObject();
System.out.println(s3);

如何避免反序列化破解单例模式？

表示：在反序列化的时候，如果已经定义了readResolver（）方法，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。

private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
        return instance;
    }

第六章：五种单例模式的效率问题

6.1：五种单例模式在多线程环境下的测试效率（相对效率）

CountDownLatch类：

同步辅助类，在完成一组正在其他线程中执行的操作之前，它允许一个或者多个线程一直等待。

countDown（）：当前线程调用此方法，则计数减一，减一放在finally中执行

await（）：调用此方法会一直阻塞当前线程，直到计数器为0；

public static void main(String[] args) throws Exception {
        
        long start = System.currentTimeMillis();
        int threadNum = 10;
        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<1000000;i++){
//                        Object o = SingletonDemo4.getInstance();
                        Object o = SingletonDemo5.INSTANCE;
                    }
                    
                    countDownLatch.countDown();
                }
            }).start();
        }
        
        countDownLatch.await();    //main线程阻塞，直到计数器变为0，才会继续往下执行！
        
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("总耗时："+(end-start));
    }