设计模式——单例模式

单例模式

定义

确保某一个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。

即保证一个类只有一个实例,并且提供一个全局访问点

优缺点、应用场景

优点

  1. 单例对象在内存中只有一个实例,减少了内存的开支。尤其对于一个频繁创建、销毁的对象时,单例模式的优势就更明显。
  2. 减少系统的性能开销。一个对象的创建需要占用较多资源(例如:读取配置信息、产生其他依赖)时,可以在系统启动时产生单例对象,再通过永久驻留内存的方式来解决。
  3. 避免资源的多重占用。例如一个写文件的操作,单例模式可以避免对同一文件的同时写操作。

缺点

  1. 单例模式一般没有接口,拓展困难。
  2. 对测试不利,严格创建单例的环境中,只能在单例对象创建后才能进行测试。
  3. 单例模式与单一职责原则有冲突。

场景

  1. 重量级的对象,不需要多个实例,如线程池,数据库连接池。

实现方式

  • 懒汉模式
  • 饿汉模式
  • 静态内部类
  • 枚举类型

懒汉模式(外部类写法)

单线程下,只需要创建一次instance对象即可


多线程下,就有可能出现同时创建实例


解决方法:synchronized

优化(synchronized+双重非空校验)

虽然可以进行同步,但是并不是每一次都需要对来访的对象进行加锁,只有尝试创建时才需要加锁

java 复制代码
/**
 * 懒汉模式
 */
class LazyMan{
	private volatile static LazyMan instance;
	private LazyMan(){
	}

	public static LazyMan getInstance() {
		if (instance == null){
			// 如果两个以上线程检测到instance为null,则竞争一把类锁
			synchronized (LazyMan.class){
				if (instance == null){
					instance = new LazyMan();
				}
			}
		}
		return instance;
	}
}

反编译查看new的过程

步骤:

对.java文件进行:javac操作,得到.class文件

再对.class文件进行:javap -v操作

  1. 首先在堆空间创建该类的引用
  2. 将引用的内存地址复制到栈内存,压到栈顶
  3. 初始化构造方法(这里是无参构造方法)
  4. 将引用从栈中弹出
  5. 给对象赋值

重排序问题

根据反编译的步骤:分配空间、初始化、引用赋值,

这三步中的初始化和引用赋值是可以调换位置的。

但是如果赋值发生在初始化之前,则有可能出现空指针异常。所以要使用volatile,让线程到主存中访问数据,这样就不会出现null了。

懒汉模式小结

饿汉模式

初始化阶段就创建好一个对象,其他对象要访问,就只能访问这个对象。

本质是依赖JVM的类加载机制,确保实例的唯一性

饿汉模式小结

根据JVM的类加载过程:

其中准备过程是根据基本类型和对象类型进行初始化,基本类型如Integer就为0,String类型就为null。

而饿汉模式则是在JVM的初始化阶段唯一的对变量赋值,确保了对象的唯一。

静态内部类实现单例模式

即通过静态内部类的方式创建唯一实例,不提供公有的构造函数

并且只能通过公有的getInstance()方法获取私有对象

静态内部类实现小结

反射攻击

通过资源类的反射,获取到私有构造方法的使用权,创建实例。

结果返回false

解决方法一

在私有构造中判断instance是否已经创建,进行锁死条件,防止反射攻击

解决方法二

枚举法

根据反射newInstance 的源码,可以发现如果反射的类是添加了枚举enum类型的,则不允许创建该对象。

会抛出非法参数的异常


可以证明,枚举类型的反射是不允许创建对象的

序列化攻击

根据序列化的特点及其内部的实现原理,序列化与反序列化不会经过我们所指定的方法。所以可以通过序列化来进行攻击。

返回false,即序列化前后对象不一致,反序列化后再创建了一个对象。

解决方法:Serializable

重写方法readResolve(),并且设置序列化版本




这样就确保了序列化前后的对象是同一个。

枚举类的序列化问题

枚举类不存在序列化攻击的问题,跟反射攻击一样

根据ObjectInputStream类中提供的方法,可以发现枚举类型在进行反序列化时被加载到了类加载器中,收到JVM的保护。

不可变的类型


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