Java设计模式之单例模式理解

前言

本片博客主要记录Java23种设计模式中的创建型模式中的单例模式。单例模式可分为两类，一种是饿汉式，一种是懒汉式。饿汉式的三种设计方式（静态变量方式、静态代码块方式、枚举方式），懒汉式（单锁检查方式、双锁检查方式、静态内部类方式），以及破坏单例模式的两种方式：序列化反序列化，反射。

设计模式，是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性、程序的重用性

单例模式结构

私有的构造方法【核心】

私有的、静态的实例化变量应用

提供一个公有的、静态的获取类实例对象方法

单例模式

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。它提供了一种创建对象的最佳方式。

单例模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。

1、单例类只能有一个实例。

2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。

3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

饿汉式

静态变量方式

• 直接在创建对象时赋值

package hello;

public class Hello {

    public static void main(String[] args) {
		//只能通过getSingleton方法获取，不能通过new方法创建
        Singleton singleton = Singleton.getSingleton();
        Singleton singleton11 = Singleton.getSingleton();

        //通过hashCode查看是否是同一个对象
        System.out.println(singleton.hashCode());
        System.out.println(singleton11.hashCode());

    }
}

class Singleton{

    //私有构造方法，这样外界就不能创建了
    private Singleton(){
    }

    //自己创建一个对象
    private static Singleton singleton = new Singleton();

    //给外界提供一个方法用于访问
    public static Singleton getSingleton(){
        return singleton;
    }

}

静态代码块方式

• 在静态代码块里赋值

package hello;

public class Hello {

    public static void main(String[] args) {
		//只能通过getSingleton方法获取，不能通过new方法创建
        Singleton singleton = Singleton.getSingleton();
        Singleton singleton11 = Singleton.getSingleton();

        //通过hashCode查看是否是同一个对象
        System.out.println(singleton.hashCode());
        System.out.println(singleton11.hashCode());

    }
}

class Singleton{

    //私有构造方法，这样外界就不能创建了
    private Singleton(){
    }

    //自己创建一个对象,但是不实例
    private static Singleton singleton;

    //通过静态代码块赋值
    static {
        singleton = new Singleton();
    }

    //给外界提供一个方法用于访问
    public static Singleton getSingleton(){
        return singleton;
    }

}

枚举方式

由于上面检测代码相同，就不在这里重复复制了。

只需要把class Singleton改为下面就行了

enum Singleton{
    SINGLETON;
}

懒汉式

单锁检查模式

package hello;

public class Hello {

    public static void main(String[] args) {

        Singleton singleton = Singleton.getSingleton();
        Singleton singleton11 = Singleton.getSingleton();

        //通过hashCode查看是否是同一个对象
        System.out.println(singleton.hashCode());
        System.out.println(singleton11.hashCode());

    }
}

class Singleton{

    //私有构造方法，这样外界就不能创建了
    private Singleton(){ }

    //自己声明一个对象
    private static Singleton singleton;

    //给外界提供一个方法用于访问
    public static synchronized Singleton getSingleton(){
        //判读singleton是否为null，如果是null就创建，否者直接返回
        if (singleton == null){
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }

}

双重检查锁模式

上面的验证都是一样的，这里只显示Singleton类就行

class Singleton{

    //私有构造方法，这样外界就不能创建了
    private Singleton(){ }

    //自己声明一个对象
    private static volatile Singleton singleton;

    //给外界提供一个方法用于访问
    public static synchronized Singleton getSingleton(){
        //判读singleton是否为null，如果是null就创建，否者直接返回
        if (singleton == null){
            synchronized (Singleton.class){
                if (singleton == null){
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }

}

静态内部类实现

• 静态内部类单例模式是一种优秀的单例模式，是比较常用的单例模式。在没有加任何锁时保证线程安全，并且没有任何性能影响和空间浪费。

• 在加载Singleton时不会初始化singleton，只有第一次调用getSingleton()时。JVM加载SingletonHolder初始化singleton。

class Singleton{

    //私有构造方法，这样外界就不能创建了
    private Singleton(){ }

    //定义一个静态内部类
    private static class SingletonHolder{
        //只会初始化一次
        private static final Singleton singleton= new Singleton();
    }
    //给外界提供一个方法用于访问
    public static synchronized Singleton getSingleton(){
        return SingletonHolder.singleton;
    }

}

破坏单例模式

• 破坏单例模式的方式有两种一种是序列化反序列化，另一种是反射，这里我们指记录反射
• 道高一尺，魔高一丈。有模式就会有破坏，有破坏还会有防破坏，但是还有反反破坏。这里面就多了。

通过反射破坏单例模式

package hello;

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;

public class Hello {

    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {

        //获取Singleton字节码对象
        Class<Singleton> singletonClass = Singleton.class;
        //获取无参构造方法
        Constructor<Singleton> declaredConstructor = singletonClass.getDeclaredConstructor();
        //取消访问检查
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        //创建Singleton对象
        Singleton singleton = (Singleton) declaredConstructor.newInstance();
        Singleton singleton1 = (Singleton) declaredConstructor.newInstance();
        //通过hashCode查看是否是同一个对象
        System.out.println(singleton.hashCode());
        System.out.println(singleton1.hashCode());
    }
}

class Singleton{

    //私有构造方法，这样外界就不能创建了
    private Singleton(){ }

    //定义一个静态内部类
    private static class SingletonHolder{
        //只会初始化一次
        private static final Singleton singleton= new Singleton();
    }
    //给外界提供一个方法用于访问
    public static synchronized Singleton getSingleton(){
        return SingletonHolder.singleton;
    }

}

单例模式优缺点

优点：

• 单例模式在内存中只有一个实例，减少内存开支，特别是一个对象需要频繁地创建销毁时，而且创建或销毁时性能又无法优化,单例模式就非常明显了
• 单例模式只生成一个实例，减少系统的性能开销
• 单例模式可以避免对资源的多重占用
• 单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问
  
  缺点：
• 不适用于变化的对象
• 由于单例模式没有抽象层，所以扩展困难
• 单例类的职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”
• 单一职责原则：一个类，应该只有一个职责