JUC并发编程学习笔记（十七）彻底玩转单例模式

合集 - JUC并发编程(20)

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彻底玩转单例模式

单例中最重要的思想------->构造器私有！

恶汉式、懒汉式（DCL懒汉式！）

恶汉式

package single;
//饿汉式单例(问题：因为一上来就把对象加载了，所以可能会导致浪费内存)
public class Hungry {
    /*
    * 如果其中有大量的需要开辟的空间，如new byte[1024*1024]这些，那么一开始就会加载，而不是需要时才加载，所以非常浪费空间
    *
    * */
    private byte[] data1 = new byte[1024*1024];
    private byte[] data2 = new byte[1024*1024];
    private byte[] data3 = new byte[1024*1024];
    private byte[] data4 = new byte[1024*1024];
    private Hungry() {
    }
    private final static Hungry HUNGRY = new Hungry();
 
    public static Hungry getInstance(){
        return HUNGRY;
    }
}

懒汉式

DCL懒汉式

完整的双重检测锁模式的单例、懒汉式、DCL懒汉式

package single;
 
public class LazyMan {
    private LazyMan() {
        System.out.println(Thread.currentThread() + "ok");
    }
 
    private volatile static LazyMan lazyMan;
 
    //    单线程下确实ok
    public static LazyMan getInstance() {
//        加锁、锁整个类
//        双重检测锁模式的单例、懒汉式、DCL懒汉式
        if (lazyMan==null){
            synchronized (LazyMan.class){
                if (lazyMan == null) {
                    lazyMan = new LazyMan();//不是原子性操作
 
                }
            }
        }
        return lazyMan;
    }
    /*
     * 1、分配内存空间
     * 2、执行构造方法，初始化对象
     * 3、把这个对象指向这个空间
     *
     * 期望的结果：1、2、3
     * 但是由于指令重排可能导致结果为1、3、2，这在cpu中是没问题的
     * 线程A：1、3、2
     * 线程B如果在线程A执行到3时开始执行判断是否为null，由于已经占用空间了，所以会被判断为不为空，但实际还未初始化对象，实际结果还是为null
     *
     *
     * */
 
    //    多线程并发测试
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            new Thread(() -> {
                LazyMan.getInstance();
            }).start();
        }
    }
 
}

但是有反射！只要有反射，任何的代码都不安全，任何的私有关键字都是摆设

正常的单例模式：

/*
* 正常的单例模式创建的都为同一个对象，并且该对象全局唯一
* 只执行一次创建，并且对象都是同一个
* Thread[main,5,main]ok
* true
* */
LazyMan instance1 = LazyMan.getInstance();
LazyMan instance2 = LazyMan.getInstance();
System.out.println(instance2==instance1);

反射破坏单例：

/*
* 通过反射破坏单例
* 执行两个创建，两个不同的对象
* Thread[main,5,main]ok
  Thread[main,5,main]ok
  false
* */
LazyMan instance1 = LazyMan.getInstance();
Constructor<LazyMan> declaredConstructor = LazyMan.class.getDeclaredConstructor();
declaredConstructor.setAccessible(true);
LazyMan instance2 = declaredConstructor.newInstance();
System.out.println(instance2 == instance1);

怎么去解决这种破坏呢？

首先反射走了无参构造器，我们可以在构造器中进行加锁判断是否已经存在了对象。

private LazyMan() {
    //通过构造器来加锁判断防止反射破坏
    synchronized (LazyMan.class){
        if (lazyMan!=null){
            throw new RuntimeException("不要试图使用反射破坏单例模式");
        }
    }
 
}

通过反射破坏单例模式

道高一尺，魔高一丈

1、通过普通的反射来破坏单例模式

Constructor<LazyMan> declaredConstructor = LazyMan.class.getDeclaredConstructor();
declaredConstructor.setAccessible(true);
LazyMan lazyMan1 = LazyMan.getInstance();
LazyMan lazyMan2 = declaredConstructor.newInstance();
System.out.println(lazyMan1);
System.out.println(lazyMan2);

解决方法：通过构造器加锁解决

private LazyMan() {
    //通过构造器来加锁判断防止反射破坏
    synchronized (LazyMan.class){
        if (lazyMan == null){
 
        }else {
            throw new RuntimeException("不要试图使用反射破坏单例模式");
        }
 
    }
}

2、通过反射创建两个类来破坏单例模式

Constructor<LazyMan> declaredConstructor = LazyMan.class.getDeclaredConstructor();
declaredConstructor.setAccessible(true);
LazyMan lazyMan1 = declaredConstructor.newInstance();
LazyMan lazyMan2 = declaredConstructor.newInstance();
System.out.println(lazyMan1);
System.out.println(lazyMan2);

解决方法：设置一个外部私有变量，在构造方法中通过外部私有变量来操作

//创建一个外部的标，用于防止通过newInstance破坏单例模式
private static boolean flg = true;
private LazyMan() {
    //通过构造器来加锁判断防止反射破坏
    synchronized (LazyMan.class){
        if (flg){
            flg = false;
        }else {
            throw new RuntimeException("不要试图使用反射破坏单例模式");
        }
    }
}

3、通过反射字段来将外部私有变量修改。

Constructor<LazyMan> declaredConstructor = LazyMan.class.getDeclaredConstructor();
declaredConstructor.setAccessible(true);
//通过反射修改内部私有变量
Field flg1 = LazyMan.class.getDeclaredField("flg");
flg1.setAccessible(true);
 
//通过反射的newInstance创建的两个对象依旧破坏了单例模式
LazyMan instance1 = declaredConstructor.newInstance();
//通过反射字段对单例模式进行破坏
flg1.set(instance1,true);
LazyMan instance2 = declaredConstructor.newInstance();
System.out.println(instance2 == instance1);

解决方法，通过枚举类型！枚举类型自带单例模式，禁止反射破坏

package single;
 
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
 
//枚举类
public enum EnumDemo {
    INSTANCE;
    public EnumDemo getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}
class EnumDemoTest{
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
        Constructor<EnumDemo> declaredConstructor = EnumDemo.class.getDeclaredConstructor(null);
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        EnumDemo enumDemo1 = declaredConstructor.newInstance();
        EnumDemo enumDemo2 = declaredConstructor.newInstance();
        System.out.println(enumDemo1);
        System.out.println(enumDemo2);
    }
}

发现抱错，没有对应的无参构造

但是idea编译的源码中是由无参构造的

idea欺骗了我们，那么编译好的类到底有没有无参构造，通过javap -p反编译源码查看所以方法

可以看到，也有空参的构造方法，也就意味了反编译源码也欺骗了你，所以我们通过更专业的工具来查看，使用jad查看。

查看当前目录新生成的java文件可以发现，通过jad反编译的源码的构造函数时个有参构造函数

 
// Decompiled by Jad v1.5.8g. Copyright 2001 Pavel Kouznetsov.
// Jad home page: http://www.kpdus.com/jad.html
// Decompiler options: packimports(3) 
// Source File Name:   EnumDemo.java
 
package single;
 
 
public final class EnumDemo extends Enum
{
public static EnumDemo[] values()
{
    return (EnumDemo[])$VALUES.clone();
}
 
public static EnumDemo valueOf(String name)
{
    return (EnumDemo)Enum.valueOf(single/EnumDemo, name);
}
 
private EnumDemo(String s, int i)
{
    super(s, i);
}
 
public EnumDemo getInstance()
{
    return INSTANCE;
}
 
public static final EnumDemo INSTANCE;
private static final EnumDemo $VALUES[];
 
static 
{
    INSTANCE = new EnumDemo("INSTANCE", 0);
    $VALUES = (new EnumDemo[] {
        INSTANCE
    });
}
}

我们尝试在反射中加入这两个参数类

Constructor<EnumDemo> declaredConstructor = EnumDemo.class.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);

可以发现，它根据我们预想的结果抛出一个异常

在newInstance方法中如果时枚举类就会抛出这个异常，这是从反射层面限制了对枚举类单例模式的破坏！！