Java单例模式的实现与破坏

单例模式是一种设计模式，是在整个运行过程中只需要产生一个实例。那么怎样去创建呢，以下提供了几种方案。

一、创建单例对象

懒汉式

public class TestSingleton {

	// 构造方法私有化
	private TestSingleton(){}

	// 声明实例
	private static TestSingleton singleton;

	// 提供外部调用方法，生成并获取实例
	public static TestSingleton getInstance() {
		if(singleton == null) {
			singleton = new TestSingleton();
		}
		return singleton;
	}
}

此方案是以时间换空间，启动时并不会执行任何操作，只有被调用时，采取实例化对象。不过这种方法在多线程下不安全，因为两个线程如果同时调用时，会同时通过非空验证的验证，造成创建两个对象的后果，有悖设计初衷。

针对多线程问题，应该加入双重非空判断：

public class TestSingleton {

	// 构造方法私有化
	private TestSingleton(){}

	// 声明实例
	private static volatile TestSingleton singleton;

	// 提供外部调用方法，生成并获取实例
	public static TestSingleton getInstance() {
		if(singleton == null) {
			synchronized (TestSingleton.class) {
				if(singleton == null) {
					singleton = new TestSingleton();
				}
			}
		}
		return singleton;
	}
}

饿汉式

public class TestSingleton {

	// 构造方法私有化
	private TestSingleton(){}

	// 声明并生成实例
	private static TestSingleton singleton = new TestSingleton();

	// 提供外部调用方法，获取实例
	public static TestSingleton getInstance() {
		return singleton;
	}
}

以空间换时间，类一加载时，就对其进行实例化，后面调用时直接提供对象实例。

静态内部类实现懒加载

public class TestSingleton {

	// 构造方法私有化
	private TestSingleton(){}

	private static class TestSingletonFactory{
		private static TestSingleton singleton = new TestSingleton();
	}

	// 提供外部调用方法，获取实例
	public static TestSingleton getInstance() {
		return TestSingletonFactory.singleton;
	}
}

当getInstance方法被调用时，才会初始化静态内部类TestSingletonFactory的静态变量singleton。此处由JVM来保障线程安全。

二、破坏单例

实现单例后，按照预期结果应该所有对象都是同一个对象。但是以下有几种情况可以破坏单例的性质。

首先让单例类实现Serializable, Cloneable接口，以便实验。

public class TestSingleton implements Serializable, Cloneable{

	private static final long serialVersionUID = 1L;

	// 构造方法私有化
	private TestSingleton(){}

	private static class TestSingletonFactory{
		private static TestSingleton singleton = new TestSingleton();
	}

	// 提供外部调用方法，获取实例
	public static TestSingleton getInstance() {
		return TestSingletonFactory.singleton;
	}
}

• 序列化

// 获取实例
TestSingleton originSingleton = TestSingleton.getInstance();
// 写出对象
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(originSingleton);
// 写入对象
ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
TestSingleton serializeSingleton = (TestSingleton) ois.readObject();
// 判断两个对象是否相等
System.out.println(originSingleton == serializeSingleton); // false

• 反射

// 反射
Class<TestSingleton> clazz = TestSingleton.class;
// 获取无参构造函数
Constructor<TestSingleton> constructor = clazz.getDeclaredConstructor();
// 将私有设置为可见
constructor.setAccessible(true);
// 用构造器生成实例
TestSingleton instance = constructor.newInstance();
// 判断两个对象是否相等
System.out.println(originSingleton == instance); // false

• 克隆

// 克隆
TestSingleton clone = (TestSingleton) originSingleton.clone();
System.out.println(originSingleton == clone); // false

三、修复破坏

对于这种预料之外的结果，我们应该怎样去控制呢？

• 序列化

添加readResolve方法，返回Object。

• 反射

添加全局可见变量，如果再次调用构造方法生成实例时，抛出运行时错误。

• 克隆

重写clone方法，直接返回单例对象。

public class TestSingleton implements Serializable, Cloneable{

	private static final long serialVersionUID = 1L;

	private static volatile boolean isCreated = false;//默认是第一次创建

	// 构造方法私有化
	private TestSingleton(){
		if(isCreated) {
			throw new RuntimeException("实例已经被创建");
		}
		isCreated = true;
	}

	private static class TestSingletonFactory{
		private static TestSingleton singleton = new TestSingleton();
	}

	// 提供外部调用方法，获取实例
	public static TestSingleton getInstance() {
		return TestSingletonFactory.singleton;
	}

	@Override
	protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
		return getInstance();
	}

	/**
	 * 防止序列化破环
	 * @return
	 */
	private Object readResolve() {
            return getInstance();
        }
}