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