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
参考资料：
大话设计模式(带目录完整版).pdf
HEAD_FIRST设计模式（中文版）.pdf
尚学堂_高淇_java300集最全视频教程_【GOF23设计模式】