设计模式之单例模式
单例模式
写在前面：单例模式属于创建型模式。（创建型模式：创建对象的模式；对类的实例化进行抽象。）
确保类只有一个实例，并提供该实例的全局访问点（自己负责创建该对象）。
该类使用一个私有构造函数、一个私有静态变量以及一个公有静态函数来实现。
私有构造函数保证了不能通过构造函数来创建对象实例，只能通过公有静态函数返回唯一的私有静态变量。
实现方式
懒汉式-线程不安全
- 私有静态变量
uniqueInstance被延迟实例化，这样做的好处是，如果没有用到该类，那么就不会实例化 uniqueInstance，从而节约资源。 - 这个实现在多线程环境下是不安全的，如果多个线程能够同时进入
if (uniqueInstance == null)，并且此时 uniqueInstance 为 null，那么会有多个线程执行uniqueInstance = new Singleton();语句，这将导致多次实例化 uniqueInstance。
public class Singleton {
private static Singleton uniqueInstance;
private Singleton() {
}
public static Singleton getUniqueInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
return uniqueInstance;
}
}
线程不安全问题主要是由于 uniqueInstance 被多次实例化，采取直接实例化 uniqueInstance 的方式就不会产生线程不安全问题。
饿汉式-线程安全
- 直接实例化的方式也丢失了延迟实例化带来的节约资源的好处。
private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();
懒汉式-线程安全
- 只需要对
getUniqueInstance()方法加锁，那么在一个时间点只能有一个线程能够进入该方法，从而避免了多次实例化 uniqueInstance 的问题。 - 但是当一个线程进入该方法之后，其它试图进入该方法的线程都必须等待，因此性能上有一定的损耗。
public static synchronized Singleton getUniqueInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
return uniqueInstance;
}
双重校验锁-线程安全
- uniqueInstance 只需要被实例化一次，之后就可以直接使用了。加锁操作只需要对实例化那部分的代码进行，只有当 uniqueInstance 没有被实例化时，才需要进行加锁。
- 双重校验锁先判断 uniqueInstance 是否已经被实例化，如果没有被实例化，那么才对实例化语句进行加锁。
public class Singleton {
private volatile static Singleton uniqueInstance;
private Singleton() {
}
public static Singleton getUniqueInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (uniqueInstance == null) {//不加该重校验，则有可能导致多次实例化
uniqueInstance = new Singleton();
}
}
}
return uniqueInstance;
}
}
- 实例化部分分为三步：1.分配内存空间；2.初始化对象；3.将uniqueInstance执行分配的内存地址。JVM在这个阶段可能进行指令重排。
- 因此 uniqueInstance 采用 volatile 关键字修饰也是很有必要的。使用 volatile 可以禁止 JVM 的指令重排，保证在多线程环境下也能正常运行。
静态内部类实现
- 当 Singleton 类加载时，静态内部类 SingletonHolder 没有被加载进内存。只有当调用
getUniqueInstance()方法从而触发SingletonHolder.instance时 SingletonHolder 才会被加载，此时初始化 INSTANCE 实例。
public Class Singleton{
private static Class SingletonHolder{
public static Instance instance=new Instance();
}
public Instance getUniqueInstance(){
return SingletonHolder.instance;//这里导致SingletonHolder类被初始化
}
}
枚举实现
- 这是单例模式的最佳实践，它实现简单，并且在面对复杂的序列化或者反射攻击的时候，能够防止实例化多次。
public enum Singleton {
uniqueInstance;
}
考虑以下单例模式的实现，该 Singleton 在每次序列化的时候都会创建一个新的实例，为了保证只创建一个实例，必须声明所有字段都是 transient，并且提供一个 readResolve() 方法。
public class Singleton implements Serializable {
private static Singleton uniqueInstance;
private Singleton() {
}
public static synchronized Singleton getUniqueInstance() {
if (uniqueInstance == null) {
uniqueInstance = new Singleton();
}
return uniqueInstance;
}
}
如果不使用枚举来实现单例模式，会出现反射攻击，因为通过 setAccessible() 方法可以将私有构造函数的访问级别设置为 public，然后调用构造函数从而实例化对象。如果要防止这种攻击，需要在构造函数中添加防止实例化第二个对象的代码。
解决序列化和反射攻击很麻烦，而枚举实现不会出现这两种问题，所以说枚举实现单例模式是最佳实践。
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