【设计模式】(一)单例模式

来源：互联网发布：ray面膜知乎编辑：程序博客网时间：2024/05/21 08:36

本文核心：设计模式之单例模式

一. 核心作用

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。

二. 常见应用场景

windows的任务管理器
window的回收站
操作系统的文件系统（一个操作系统只能有一个文件系统）
项目中，读取配置文件的类，一般也只有一个对象（没有必要每次使用配置文件数据，每次new一个对象去读）。
Application（Servlet编程汇总会涉及到）
Spring中，每个Bean都是单例的（便于Spring容器管理）
在Servlet编程中，每个Servlet也是单例的。
在SpringMVC框架/struts1框架中，控制器对象也是单例的
网站的计数器（便于实现同步）
应用程序的日志应用（共享的日志文件一直处于打开状态，因为只能有一个实例去操作，否则内容不好追加）
数据库连接池的设计（数据库连接是一种数据库资源）

三. 优点

由于单例模式只能生成一个实例，较少系统性能开销，当一个对象的产生需要比较多的资源时，如读取配置、产生其它依赖对象时，则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后永远主流在内存的方式来解决。
单模式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，负责所有表的映射处理。

四. 常见5种单例模式实现方式

1. 主要

饿汉式（线程安全，调用效率高。但是，不能延迟加载）
懒汉式（线程安全，调用效率不高。但是，可以延迟加载）

2.其它

双重检测锁式（由于JVM底层内部模型的原因，偶尔会出现问题。不建议使用）
静态内部类式（线程安全，调用效率高。但是，可以延迟加载）
枚举类（线程安全，调用效率高，不能延迟加载。并且可以天然的防止反射和反序列化的漏洞）

五. 如何选用？

单例对象占用资源少，不需要延迟加载：枚举式好于饿汉式
单例对象占用资源大，需要延迟加载：静态内部类好于懒汉式

六. 代码实战

1. 饿汉式（线程安全，调用效率高。但是，不能延迟加载）

/** * 饿汉式实现（单例对象立即加载） * 要点：static变量会在类装在时初始化，此时不会涉及到多个线程对象访问该对象的问题。 * 虚拟机保证只会装载一次该类，肯定不会发生并发访问的问题。因此可以省略synchronized关键字 * 问题：如果只加载本类，而不是要调用getInstance()，甚至永远没有调用，则会造成资源浪费。 *  * @author 赵栗婧 * @version 1.0.0 , 2015年9月30日 下午7:48:49 */public class SingletonHungry {// 类初始化时，立即加载这个对象（没有延迟时加载的有事）。加载时，天然的是线程安全的private static final SingletonHungry instance = new SingletonHungry();private SingletonHungry() {}// 方法没有同步，调用效率高public static/* synchronized */SingletonHungry getInstance() {return instance;}}

2. 懒汉式（线程安全，调用效率不高。但是，可以延迟加载）

/** * 懒汉式实现（单例对象延迟加载） 要点：延迟加载，懒加载！真正用到的时候才加载 * 问题：资源利用率高。但是，每次调用getInstance()方法都要同步，并发效率低 *  * @author 赵栗婧 * @version 1.0.0 , 2015年9月30日 下午8:13:51 */public class SingletonLazy {// 类初始化时，不初始化这个对象（延迟加载，真正用到的时候再创建）private static SingletonLazy instance;// 私有构造器private SingletonLazy() {}// 方法同步，调用效率低public static synchronized SingletonLazy getInstance() {if (instance == null) {instance = new SingletonLazy();}return instance;}}

3. 双重检测锁式（由于JVM底层内部模型的原因，偶尔会出现问题。不建议使用）

/** * 双重检测锁实现 * 要点：将同步内容放到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有必要了 * 问题：由于编译器优化原因和JVM底层内部模型原因。偶尔会出现问题，不建议使用 * @author 赵栗婧 * @version 1.0.0 , 2015年9月30日 下午8:28:02 */public class SingletonDoubleCheck {private static SingletonDoubleCheck instance = null;private SingletonDoubleCheck() {}public static SingletonDoubleCheck getInstance() {if (instance == null) {SingletonDoubleCheck singletonDoubleCheck;synchronized (SingletonDoubleCheck.class) {singletonDoubleCheck = instance;if (singletonDoubleCheck == null) {synchronized (SingletonDoubleCheck.class) {if (singletonDoubleCheck == null) {singletonDoubleCheck = new SingletonDoubleCheck();}}instance = singletonDoubleCheck;}}}return instance;}}

4. 静态内部类式（线程安全，调用效率高。但是，可以延迟加载）

/** * 静态内部类实现（也是一种懒加载方式） * 要点：外部类没有static属性，则不会像饿汉式那样立即加载对象。 * 只有真正调用getInstance()，才会加载静态内部类。加载类时时线程安全的。 * instance是static final类型，保证了内存中只有这样一个实例存在，而且只能被赋值一次，从而保证了线程安全。 * 兼备了并发高效调用和延迟加载的优势。 * @author 赵栗婧 * @version 1.0.0 , 2015年9月30日 下午8:38:51 */public class SingletonStaticInside {private static class SingletoinStaticInsideInstance {private static final SingletonStaticInside instance = new SingletonStaticInside();}private SingletonStaticInside() {}public static SingletonStaticInside getInstance() {return SingletoinStaticInsideInstance.instance;}}

5. 枚举类（线程安全，调用效率高，不能延迟加载。并且可以天然的防止反射和反序列化的漏洞）

/** * 枚举式实现单例模式（没有延迟加载） * 优点：实现简单。枚举类本身就是单例模式。由于JVM从根本上提供保障！避免通过反射和反序列化漏洞 * 缺点：无延迟加载 * @author 赵栗婧 * @version 1.0.0 , 2015年9月30日 下午8:44:54 */public enum SingletonEnum {// 这个枚举元素，本身就是单例对象INSTANCE;// 添加自己需要的操作public void singletonOperatioin() {//功能处理}}

七. 问题

1. 反射可以破解上面几种（不包含枚举类）实现方式！

可以在构造方法中手动抛出异常控制

2. 反序列化可以破解上面几种（不包含枚举类）实现方式！

可以通过定义readResolve()防止获取不同对象
反序列化时，如果对象所在类定义了readResolve()（实际上是一种回调），定义返回哪个对象。

/** * 反射可以破解上面几种（不包含枚举类）实现方式 * @author 赵栗婧 * @version 1.0.0 , 2015年9月30日 下午9:02:39 */public class BreakSingleton implements Serializable{private static BreakSingleton instance;private BreakSingleton(){if (instance!=null) {//通过手动抛出异常，避免通过反射创建多个单例对象throw new RuntimeException("只能创建一个对象！");}}//方法同步调用效率低public static synchronized BreakSingleton getInstance(){if (instance==null) {instance=new BreakSingleton();}return instance;}//反序列化时，如果定义了readResolve()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;}}

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