趣解设计模式之《新娘到底叫啥名啊?》

〇、小故事

前一段时间,在网上流传了这么一段视频,视频是一对新人的婚礼现场,主持人让新郎当着众多亲戚朋友的面,大声对新娘表达自己的爱意,小伙子自信满满大声的对众人说:"我爱你,周秀楠! "。

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但是台下的新娘却一脸茫然,从表情中根本没有看出一丝丝因为新郎的表白而开心的喜悦

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主持人发现了新娘表情的尴尬,赶快看了一下新娘的名字,这新娘也不叫"周秀楠"啊! 是题词本弄错了?还是新郎弄错了?主持人又问了一下新郎,"新娘到底叫啥名啊? "

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新郎也懵了,赶快思索了一下,大声的喊道,"我爱你,王家瑞!! "

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这个傻小子啊,竟然在婚礼现场叫错了新娘的名字,估计换做大多女生,回直接撇下婚礼现场怒气的离开了。那么,我们思考一下,为啥新娘会这么生气呢?这个问题确实蛮白痴的,因为叫错人了呗?别说是婚礼现场了,就算是在公司,一个同事叫错了你的名字,估计你也会很生气的。因为,我们每个人都是独立的个体 ,都有独立的个性和思考能力,我们当然希望自己是这个世界独一无二的 。那么,在设计模式中,也有这么一种模式,是用来返回某个类的实例对象,而这种实例对象无论获取多少次都是唯一的,且不会再次创建的,那么这个模式就叫做------单例模式

一、模式定义

单例模式Singleton Pattern

确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点

通用类图

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二、单例模式的五种实现方式

2.1> 饿汉式(线程安全,调用效率高,但是不能延时加载)

这是实现一个安全的单例模式的最简单粗暴的写法,这种实现方式我们称之为饿汉式。之所以称之为饿汉式,是因为肚子很饿了,想马上吃到东西,不想等待对象构造"浪费"时间。这种写法,在类被加载的时候就把Singleton实例给创建出来了。

饿汉模式的缺点

在还不需要此实例的时候就已经把实例创建出来了,没起到lazy loading的效果。

饿汉模式的优点

实现简单,而且安全可靠。

饿汉模式的实现方式

csharp 复制代码
public class SingletonDemo1{ 
     private static SingletonDemo1 instance = new SingletonDemo1(); 
     private SingletonDemo1(){} 
     public static SingletonDemo1 getInstance(){  
          return instance;  
      } 
}

2.2> 懒汉式(线程安全,调用效率不高,但是能延时加载)

相比饿汉式,懒汉式显得没那么"饿",在真正需要的时候再去创建实例 。在getInstance()方法中,先判断实例是否为空再决定是否去创建实例。实现方式如下所示:

csharp 复制代码
public class SingletonDemo2 {
     
    // 类初始化时,不初始化这个对象(延时加载,真正用的时候再创建)
    private static SingletonDemo2 instance;
     
    // 构造器私有化
    private SingletonDemo2(){}
     
    // 方法同步,调用效率低
    public static SingletonDemo2 getInstance(){
        if(instance==null){
            instance=new SingletonDemo2();
        }
        return instance;
    }
}

看起来似乎很完美,但是存在线程安全问题 。在并发获取实例的时候,可能会存在构建了多个实例的情况。所以,需要对getInstance()方法加上synchronized锁。实现方式如下所示:

csharp 复制代码
public class SingletonDemo2 {
     
    //类初始化时,不初始化这个对象(延时加载,真正用的时候再创建)
    private static SingletonDemo2 instance;
     
    //构造器私有化
    private SingletonDemo2(){}
     
    //方法同步,调用效率低
    public static synchronized SingletonDemo2 getInstance(){
        if(instance==null){
            instance=new SingletonDemo2();
        }
        return instance;
    }
}

2.3> 双重校验

但是由于getInstance()方法加锁,会导致每次线程调用获取实例的时候,都需要排队等锁,效率很低。所以,产生了Double Check的方式。

通过加锁,可以保证同时只有一个线程走到第二个判空代码中去,这样保证了只创建一个实例。这里还用到了volatile关键字来修饰singletonDemo3变量,其最关键的作用是防止指令重排。实现方式如下所示:

csharp 复制代码
public class SingletonDemo3 {
    
    private volatile static SingletonDemo3 singletonDemo3;

    private SingletonDemo3() {
    }

    public static SingletonDemo3 newInstance() {
        if (singletonDemo3 == null) {
            synchronized (SingletonDemo3.class) {
                if (singletonDemo3 == null) {
                    singletonDemo3 = new SingletonDemo3();
                }
            }
        }
        return singletonDemo3;
    }
}

2.4> 静态内部类(线程安全,调用效率高,可以延时加载)

通过静态内部类的方式实现单例模式是线程安全的,同时静态内部类不会在Singleton类加载时就加载,而是在调用getInstance()方法时才进行加载,达到了懒加载的效果。实现方式如下所示:

csharp 复制代码
public class SingletonDemo4 {
    /**
      * 静态内部类
     **/
    private static class SingletonClassInstance{
        private static final SingletonDemo4 instance = new SingletonDemo4();
    }

    private SingletonDemo4(){}

    public static SingletonDemo4 getInstance(){
        return SingletonClassInstance.instance;
    }
}

2.4.1> 反射攻击

利用反射机制,打破单例限制,代码实现如下所示:

ini 复制代码
public static void main(String[] args) throws Exception {
    SingletonDemo4 singletonDemo4 = SingletonDemo4.getInstance();
    Constructor<Singleton> constructor = SingletonDemo4.class.getDeclaredConstructor();
    constructor.setAccessible(true);
    SingletonDemo4 newSingletonDemo4 = constructor.newInstance();
    System.out.println(singletonDemo4 == newSingletonDemo4); // false
}

2.4.2> 反序列化攻击

引入pom依赖,这个依赖提供了序列化反序列化工具类。

xml 复制代码
<dependency>
    <groupId>org.apache.commons</groupId>
    <artifactId>commons-lang3</artifactId>
    <version>3.8.1</version>
</dependency>

Singleton类实现java.io.Serializable接口。

java 复制代码
public class SingletonDemo4 implements Serializable {

    private static class SingletonClassInstance {
        private static SingletonDemo4 instance = new SingletonDemo4();
    }

    private SingletonDemo4() {
    }

    public static SingletonDemo4 getInstance() {
        return SingletonClassInstance.instance;
    }

    public static void main(String[] args) {
        SingletonDemo4 singletonDemo4 = SingletonDemo4.getInstance();
        byte[] serialize = SerializationUtils.serialize(singletonDemo4);
        SingletonDemo4 newSingletonDemo4 = SerializationUtils.deserialize(serialize);
        System.out.println(singletonDemo4 == newSingletonDemo4); // false
    }

}

2.5> 枚举类(线程安全,调用效率高,不能延时加载,可以天然的防止反射和反序列化调用)

在effective java(这本书真的很棒)中说道,最佳的单例实现模式就是枚举模式。利用枚举的特性,让JVM来帮我们保证线程安全和单一实例的问题。除此之外,写法还特别简单。实现方式如下所示:

csharp 复制代码
public enum SingletonDemo5 {

    // 枚举元素本身就是单例
    INSTANCE;

    // 添加自己需要的操作,直接通SingletonDemo5.INSTANCE.doSomething()的方式调用即可。方便、简洁又安全。
    public void doSomething() {
        System.out.println("doSomething");
    }
}

调用方法如下所示:

typescript 复制代码
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton.INSTANCE.doSomething();
    }
}

今天的文章内容就这些了:

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