设计模式之单例模式

五种实现方式:

方式一：饿汉式

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//饿汉式
public class Singleton1 implements Serializable {
    private static final Singleton1 SINGLETON_TEST=new Singleton1();
    //构造私有
    private Singleton1() {
        System.out.println("私有构造方法");
    }
    public static Singleton1 getInstance(){
        return SINGLETON_TEST;
    }
    public static void otherMotherd(){
        System.out.println("其他方法");
    }
}

测试：

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public class SingleTest {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton1.otherMotherd();//检测是饿汉式
        //私有构造方法
        //其他方法
        System.out.println(Singleton1.getInstance());//Singleton1@4d7e1886
        System.out.println(Singleton1.getInstance());//Singleton1@4d7e1886
        //以上两个实例为同一个对象
    }
}

结果：

单例被破坏的情况：

序列化和反序列化：

当单例类实现了Serializable接口时，对象被序列化后再反序列化时会创建新的实例。为了避免这种情况，可以通过重写readResolve()方法来返回单例实例。

测试反序列化后的对象和原始对象是否一致：

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/**
     * 实现序列化接口后可能破坏单例模式
     */
    @Test
    void test5() throws Exception {
        //将对象写入文件中
        ObjectOutputStream oos=new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("single1.ser"));
        oos.writeObject(Singleton1.getInstance());
        oos.close();
        //从文件中读取对象
        ObjectInputStream ois=new ObjectInputStream(new FileInputStream("single1.ser"));
        Singleton1 single = (Singleton1) ois.readObject();
        ois.close();
        System.out.println("original:"+Singleton1.getInstance().hashCode());
        System.out.println("DeSerializable:"+single.hashCode());
    }

结果：

预防：

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public class Singleton implements Serializable {
    private static final Singleton instance = new Singleton();

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }

    protected Object readResolve() {
        return instance;
    }
}

反射机制：

通过反射可以调用类的私有构造方法，从而创建多个实例。为了防止通过反射破坏单例模式，可以在构造方法中添加逻辑判断，确保只创建一个实例。

反射破坏单例：

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@Test
    void test() throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
        Singleton1 instance = Singleton1.getInstance();
        Constructor<? extends Singleton1> constructor = instance.getClass().getDeclaredConstructor();
        constructor.setAccessible(true);
        Singleton1 singleton1 = constructor.newInstance();
        System.out.println(instance==singleton1);
    }

结果：

预防：在构造方法处进行判断

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//饿汉式
public class Singleton2 implements Serializable {
    private static final Singleton2 SINGLETON_TEST=new Singleton2();
    //构造私有
    private Singleton2() {
        if (SINGLETON_TEST!=null){
            throw new IllegalStateException("对象已经创建");
        }
        System.out.println("私有构造方法");
    }
    public static Singleton2 getInstance(){

        return SINGLETON_TEST;
    }

    public static void otherMotherd(){
        System.out.println("其他方法");
    }
}

以上防止反射破坏单例测试：

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/**
     *防止单例被破坏
     */
    @Test
    void test3() throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
        Singleton2 instance = Singleton2.getInstance();
        Constructor<? extends Singleton2> constructor = instance.getClass().getDeclaredConstructor();
        constructor.setAccessible(true);
        Singleton2 singleton2 = constructor.newInstance();
        System.out.println(instance==singleton2);
    }

结果：

类加载器：

如果使用不同的类加载器加载同一个类，也可能导致创建多个实例。为了解决这个问题，可以在获取实例时指定类加载器，确保只有一个实例被创建。

测试使用不同的类加载器导致同一个类创建多个实例的情况：

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 public static void main(String[] args) throws Exception {
        CurstomLoader loader1=new CurstomLoader();
        CurstomLoader loader2=new CurstomLoader();
        Class<?> single1 = loader1.loadClass("com.example.singletonmodle.single.Singleton1");
        Class<?> single2 = loader2.loadClass("com.example.singletonmodle.single.Singleton1");
        Singleton1 instance1 = (Singleton1) single1.newInstance();
        Singleton1 instance2= (Singleton1) single2.newInstance();
        System.out.println("loader1:"+instance1.hashCode());
        System.out.println("loader2:"+instance2.hashCode());
    }

复制代码

public class Singleton {
    private static Singleton instance = new Singleton();

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance(ClassLoader classLoader) {
        synchronized (Singleton.class) {
            if (instance == null) {
                try {
                    Class<?> clazz = classLoader.loadClass(Singleton.class.getName());
                    instance = (Singleton) clazz.newInstance();
                } catch (ClassNotFoundException | InstantiationException | IllegalAccessException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

通过unsafe破坏单例：目前没有预防的方法。

总结：多线程破坏单例使用DCL+voliatle预防，反射破坏单例使用在构造方法处检查对象是否存在进行预防，实现序列化接口破坏单例使用实现readResolve方法，返回已经创建的单例对象。unsafe目前还没有预防的方式。

方式二：枚举类

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public enum Singleton3 {
    INSTANCE;
    private Singleton3(){
        System.out.println("枚举类的私有构造方法");
    }

    @Override
    public String toString() {
        //getClass().getName()返回该对象的类名，Integer.toHexString(hashCode())返回该对象的哈希码的十六进制表示。
        return getClass().getName()+"@"+Integer.toHexString(hashCode());
    }

    public Singleton3 getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
    public void otherMethod(){
        System.out.println("其他方法");
    }

}

测试：

枚举实现的单例可以预防反序列化破坏单例

枚举也可以预防反射破坏单例

枚举类的构造方法不是无参构造，有两个参数。

但是枚举无法预防unsafe破坏单例模式。

方式三：懒汉式

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//懒汉式
public class Singleton4 {
    private static  Singleton4 SINGLETON_TEST;
    //构造私有
    private Singleton4() {
        System.out.println("私有构造方法");
    }
    public static Singleton4 getInstance(){
if (SINGLETON_TEST==null){
            SINGLETON_TEST=new Singleton4();
        }
        return SINGLETON_TEST;
    }
    public static void otherMotherd(){
        System.out.println("其他方法");
    }
}

测试：

以上单例模式在多线程下存在单例被破坏的可能。

多线程环境下未处理好并发访问：

如果在多线程环境下，多个线程同时尝试获取单例实例，可能会导致创建多个实例的情况。可以使用DCL（双重检测来确保只有一个实例被创建，DCL需要配合volatile使用，确保可见性）。懒汉式

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public class Singleton {
    private static final Singleton instance = new Singleton();

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建多个线程同时获取单例实例
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            Singleton singleton = Singleton.getInstance();
            System.out.println("Thread 1: " + singleton.hashCode());
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            Singleton singleton = Singleton.getInstance();
            System.out.println("Thread 2: " + singleton.hashCode());
        });

        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

预防：DCL+voliatle ，也就是第四种实现方式。

方式四：DCL+voliatle

复制代码

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance; //保证共享变量的有序性

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

方式五：静态内部类，懒汉式：

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/静态内部类方式
public class Singleton6 {
    private static  Singleton6 SINGLETON_TEST=null;
    //构造私有
    private Singleton6() {

        System.out.println("私有构造方法");
    }
    private static class Holder{
        static Singleton6 INSTANCE=new Singleton6();
    }
    public static Singleton6 getInstance(){
        return Holder.INSTANCE;
    }
    public static void otherMotherd() {
        System.out.println("其他方法");
    }
}

JDK中单例的体现方式：

单例模式一般在jdk的一些库中见到，自己不要乱用单例模式，很容易用错。