单例模式

一般实现单例模式的几种思路
懒汉和饿汉

  • 饿汉式：在类加载时就完成了初始化，所以类加载比较慢，但获取对象的速度快。
  • 懒汉式：在类加载时不初始化，等到第一次被使用时才初始化。

1.饿汉式

package com.d4c.example;

/**
 * 饿汉式
 */
public class SingletonHungry {
    private final static SingletonHungry SINGLETON_HUNGRY = new SingletonHungry();

    private SingletonHungry() {
    }

    public static SingletonHungry getInstance() {
        return SINGLETON_HUNGRY;
    }
}
  • 优点：在类加载的时候就完成了实例化，避免了多线程的同步问题。
  • 缺点：因为类加载时就实例化了，没有达到Lazy Loading (懒加载) 的效果，如果该实例没被使用，内存就浪费了。

2.懒汉式（同步方法）

package com.d4c.example;

/**
 * 懒汉式
 */
public class SingletonLazy {
    
    private static SingletonLazy singletonLazy = null;

    private SingletonLazy() {
    }

    public static synchronized SingletonLazy getInstance() {
        if (singletonLazy == null) {
            singletonLazy = new SingletonLazy();
        }
        return singletonLazy;
    }
}
  • 优点:对getInstance()加了锁的处理，保证了同一时刻只能有一个线程访问并获得实例.
  • 缺点:也很明显，因为synchronized是修饰整个方法，每个线程访问都要进行同步，而其实这个方法只执行一次实例化代码就够了，每次都同步方法显然效率低下，为了改进这种写法，就有了下面的双重检查懒汉式。

3.懒汉式（双重校验锁）

package com.d4c.example;

/**
 * 懒汉式（DBL）
 * volatile关键字修饰，防止指令重排
 * Double Check Lock（DCL） 双重锁校验
 */
public class SingletonLazyDBL {

    private static volatile SingletonLazyDBL singletonLazy = null;

    private SingletonLazyDBL() {
    }

    public static SingletonLazyDBL getInstance() {
        if (singletonLazy == null) {
            synchronized (SingletonLazyDBL.class) {
                if (singletonLazy == null) {
                    singletonLazy = new SingletonLazyDBL();
                }
            }
        }
        return singletonLazy;
    }
}
  • 优点：用了两个if判断，也就是Double-Check，并且同步的不是方法，而是代码块，效率较高。

为什么要做两次判断呢？这是为了线程安全考虑，还是那个场景，对象还没实例化，两个线程A和B同时访问静态方法并同时运行到第一个if判断语句，这时线程A先进入同步代码块中实例化对象，结束之后线程B也进入同步代码块，如果没有第二个if判断语句，那么线程B也同样会执行实例化对象的操作了。

4.静态内部类方式

package com.d4c.example;

/**
 * 懒汉式（内部类方式）
 */
public class SingletonInnerType {

    private SingletonInnerType() {
    }

    private static class SingletonHolder {
        public static volatile SingletonInnerType SINGLETON_INNER_TYPE = new SingletonInnerType();
    }

    public static SingletonInnerType getInstance() {
        return SingletonHolder.SINGLETON_INNER_TYPE;
    }
}

似乎静态内部类看起来已经是最完美的方法了，其实不是，可能还存在反射攻击或者反序列化攻击

 public static void main(String[] args) throws Exception {
        SingletonInnerType singleton = SingletonInnerType.getInstance();
        Constructor<SingletonInnerType> constructor = SingletonInnerType.class.getDeclaredConstructor();
        constructor.setAccessible(true);
        SingletonInnerType newSingleton = constructor.newInstance();
        System.out.println(singleton == newSingleton);
    }

或者引入反序列化后，也不是单例的了。

反序列化须引入依赖（方便操作）

<dependency>
    <groupId>org.apache.commons</groupId>
    <artifactId>commons-lang3</artifactId>
    <version>3.8.1</version>
</dependency>

  public static void main(String[] args) throws Exception {
        SingletonInnerType instance = SingletonInnerType.getInstance();
        System.out.println("instance = " + instance);
        byte[] serialize = SerializationUtils.serialize(instance);
        SingletonInnerType newInstance = SerializationUtils.deserialize(serialize);
        System.out.println("newInstance = " + newInstance);
        System.out.println(instance == newInstance);
    }

所以，反射攻击或者反序列化都导致单例失败。

解决方法，禁止反射就可以了。
优化后

package com.d4c.example;

import java.lang.reflect.Constructor;
/**
 * 懒汉式（内部类方式）
 */
public class SingletonInnerType {

    private SingletonInnerType() {
    //反射的情况能防住，序列化，反序列化的方式防不住
         if (SingletonHolder.SINGLETON_INNER_TYPE!=null){
            throw new RuntimeException("破解错误！");
        }
    }

    private static class SingletonHolder {
        public static volatile SingletonInnerType SINGLETON_INNER_TYPE = new SingletonInnerType();
    }

    public static SingletonInnerType getInstance() {
        return SingletonHolder.SINGLETON_INNER_TYPE;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        //这种破解能防住
        SingletonInnerType singleton = SingletonInnerType.getInstance();
        Constructor<SingletonInnerType> constructor = SingletonInnerType.class.getDeclaredConstructor();
        constructor.setAccessible(true);
        SingletonInnerType newSingleton = constructor.newInstance();
        System.out.println(singleton == newSingleton);

         //下面这种防不住
        SingletonInnerType instance = SingletonInnerType.getInstance();
        System.out.println("instance = " + instance);
        byte[] serialize = SerializationUtils.serialize(instance);
        SingletonInnerType newInstance = SerializationUtils.deserialize(serialize);
        System.out.println("newInstance = " + newInstance);
        System.out.println(instance == newInstance);
    }
}
  • 优点：线程安全，调用效率高，可以延时加载

这是很多开发者推荐的一种写法，这种静态内部类方式在SingletonInnerType 类被装载时并不会立即实例化，而是在需要实例化时，调用getInstance方法，才会装载SingletonHolder 类，从而完成对象的实例化。同时，因为类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化，也就保证了SingletonHolder 中的对象只会被实例化一次，并且这个过程也是线程安全的。

静态内部类也有着一个致命的缺点，就是传参的问题，由于是静态内部类的形式去创建单例的，故外部无法传递参数进去，例如Context这种参数，所以，我们创建单例时，可以在静态内部类与DCL模式里自己斟酌。

5.枚举方式


package com.d4c.example;

public enum Singleton {

    INSTANCE;

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

}


//调用

public class Main {

    public static void main(String[] args) {
        Singleton.INSTANCE.doSomething();
    }

}

这种写法在《Effective JAVA》中大为推崇，它可以解决两个问题：

  • 1）线程安全问题。因为Java虚拟机在加载枚举类的时候会使用ClassLoader的方法，这个方法使用了同步代码块来保证线程安全。

  • 2）避免反序列化破坏对象，因为枚举的反序列化并不通过反射实现。
    好了，单例模式的几种写法就介绍到这了，最后简单总结一下单例模式的优缺点

  • 缺点：不能延时加载。

总结：

匿名内部类的方式和单元素的枚举类型能够防住反射或反序列化的攻击，其他几种则不行。所以推荐这两种方式创建单例。

引用文章
设计模式：单例模式 (关于饿汉式和懒汉式)
【一起学系列】之单例模式：只推荐三种~
Java 利用枚举实现单例模式
Java单例模式：为什么我强烈推荐你用枚举来实现单例模式
Java单例---反射攻击破坏单例和解决方法

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