面经-单例模式

单例模式的五种实现方式

1.饿汉式

public class Singleton1 implements Serializable {
    private Singleton1() {
        if (INSTANCE != null) {
            throw new RuntimeException("单例对象不能重复创建");
        }
        System.out.println("private Singleton1()");
    }

    private static final Singleton1 INSTANCE = new Singleton1();

    public static Singleton1 getInstance() {
        return INSTANCE;
    }

    public static void otherMethod() {
        System.out.println("otherMethod()");
    }

    public Object readResolve() {
        return INSTANCE;
    }
}

类一初始化，实例就会提前创建出来。

破坏单例的场景：

1.反射破坏单例

通过调用无参构造方法，将私有的构造方法设为true，使它也可以被使用，然后再创建它的实例。导致它不再是单例。

预防：

在构造方法里加一个判断：如果instance不等于null，则抛出一个异常：单例对象不能重复创建。

2.反序列化破坏单例

把单例对象传给序列化方法，把对象变成字节流，再把字节流还原成一个对象，在反序列化时会构造一个新的对象。

预防：

写一个特殊的方法：readResolve()。里边返回instance。如果发现重写了这个方法，则将这个方法的返回值作为结果返回。

3.Unsafe破坏单例

调用unsafe方法破坏单例，目前没有找到预防方法。

2.枚举类（饿汉式）

public enum Singleton2 {
    INSTANCE;

    private Singleton2() {
        System.out.println("private Singleton2()");
    }

    @Override
    public String toString() {
        return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());
    }

    public static Singleton2 getInstance() {
        return INSTANCE;
    }

    public static void otherMethod() {
        System.out.println("otherMethod()");
    }
}

可以很方便地控制对象的个数。

好处：

1.不怕反射（没有无参构造，不能反射创建枚举构造）、反序列化破坏单例。

2.Unsafe可以破坏枚举单例。

3.懒汉式

public class Singleton3 implements Serializable {
    private Singleton3() {
        System.out.println("private Singleton3()");
    }

    private static Singleton3 INSTANCE = null;

    // Singleton3.class
    public static synchronized Singleton3 getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {
            INSTANCE = new Singleton3();
        }
        return INSTANCE;
    }

    public static void otherMethod() {
        System.out.println("otherMethod()");
    }

}

第一次调用getInstance时才会生成实例。

一开始的Instance变量不赋值，在调用时判断Instance是否为null，如果是则创建。不是则直接返回Instance。

线程安全问题：

线程不安全，线程1创建对象后还没来得及赋值，线程2就判断Instance为null，再次创建对象。

解决方法：

在方法上加一个synchronized，相当于在方法上加了一把锁，线程1进入方法后得到一把锁，线程2进入方法时发现锁对象被别人占用，则不执行，挂起。当线程1退出这个方法时会把锁解开，线程2继续执行时线程1的赋值已经完成，所以线程2可以直接使用线程1创建好的instance。（对性能有一定影响。只有首次创建对象时才需要锁，但是创建好对象后只能进一个线程，影响性能。）

首次创建对象时加入线程安全保护：

4.DCL懒汉式（双检锁）

public class Singleton4 implements Serializable {
    private Singleton4() {
        System.out.println("private Singleton4()");
    }

    private static volatile Singleton4 INSTANCE = null; // 可见性，有序性

    public static Singleton4 getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {
            synchronized (Singleton4.class) {
                if (INSTANCE == null) {
                    INSTANCE = new Singleton4();
                }
            }
        }
        return INSTANCE;
    }

    public static void otherMethod() {
        System.out.println("otherMethod()");
    }
}

在加锁之前先判断instance是否已创建好，如果已创建则直接返回instance，不会进入锁块。如果没有创建才进入锁，解决instance的竞争问题。当线程2拿到锁时，线程1挂起，线程2创建好对象并解锁，线程1经过第二个if判断发现已创建好对象，拿到直接返回的instance。

双检索的方法外面必须加volatile修饰。

解决共享变量的可见性和有序性问题。双检索变量是为了解决有序性问题。

线程1调用对象和给对象赋值的顺序有可能颠倒，可能先给对象赋值再调用对象（里边可能还有很多成员变量没有初始化）；此时线程2在线程1给对象赋值后，就判断instance不等于null，然后返回了instance，此时线程1才调用对象。此时线程2拿到的就是不完整的对象。

加上volatile修饰后，volatile会在赋值语句之后加上一个内存屏障，阻止之前的赋值操作越过屏障跑到屏障下边，阻止指令的重排序。构造方法不可能越过屏障跑到赋值下边。

这样的话，即使线程2在线程1完成前进入方法，也无法在赋值完成之前拿到instance，会在锁中等待解锁后才拿到返回值。

5.内部类懒汉式

public class Singleton5 implements Serializable {
    private Singleton5() {
        System.out.println("private Singleton5()");
    }

    private static class Holder {
        static Singleton5 INSTANCE = new Singleton5();
    }

    public static Singleton5 getInstance() {
        return Holder.INSTANCE;
    }

    public static void otherMethod() {
        System.out.println("otherMethod()");
    }
}

给静态变量赋值，代码一定会放入静态代码块执行。由静态代码块执行的代码，线程安全问题由jvm保证。

在类的内部创建一个内部类，内部类可以访问外部的私有变量和私有构造。在内部类里创建单例对象，赋值给内部静态变量。创建过程是线程安全的，而且没有用到这个内部类的时候不会初始化instance，所以是懒汉式。

jdk中有哪些地方体现了单例模式

Runtime() 体现了饿汉式单例
System中的Console方法体现了双检锁懒汉式单例
Collections 中的 EmptyNavigableSet 内部类懒汉式单例
ReverseComparator.REVERSE_ORDER 内部类懒汉式单例
Comparators.NaturalOrderComparator.INSTANCE 枚举饿汉式单例

posted @ 2022-08-24 10:42 临易阅读(26) 评论(0) 编辑收藏举报

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