java设计模式1——单例模式
java设计模式1——单例模式
1、单例模式介绍
1.1、核心作用:保证一个类只有一个实例,并且提供一个访问该实例的全局访问点
1.2、常见场景
1.3、单例模式的优点
1.4、常见的五种单例模式实现方式
2、饿汉式
2.1、第一步:私有化构造器。(防止外部直接new对象)
//保证类只有一个实例,私有其构造器
private SingletonDemo01() {
}
2.2、第二步:创建自身对象。
//创建自身对象
private static SingletonDemo01 instance = new SingletonDemo01();
2.3、第三步:提够对外全局公开的方法
//全局公开的方法
public static SingletonDemo01 getInstance() {
return instance;
}
2.4、测试是否为单例
class SingletonDemo01Test {
public static void main(String[] args) {
SingletonDemo01 instance = SingletonDemo01.getInstance();
SingletonDemo01 instance2 = SingletonDemo01.getInstance();
System.out.println(instance.hashCode());
System.out.println(instance2.hashCode());
System.out.println(instance == instance2);
}
}
输出的结果为:
356573597
356573597
true
2.5、弊端分析:
饿汉式一上来就会对对象进行创建,不管后续有没有用到,如果对于较大内存的对象而后续也都没有用到,则会造成较大的内存空间的浪费。
2.6、本类全部代码
package com.xgp.company.第一种_单例模式.饿汉式;
/**
*
* 核心:保证一个类只有一个实例,并且提供一个范围该实例的全局访问点
*/
public class SingletonDemo01 {
//保证类只有一个实例,私有其构造器
private SingletonDemo01() {
}
//创建自身对象
private static SingletonDemo01 instance = new SingletonDemo01();
//全局公开的方法
public static SingletonDemo01 getInstance() {
return instance;
}
}
class SingletonDemo01Test {
public static void main(String[] args) {
SingletonDemo01 instance = SingletonDemo01.getInstance();
SingletonDemo01 instance2 = SingletonDemo01.getInstance();
System.out.println(instance.hashCode());
System.out.println(instance2.hashCode());
System.out.println(instance == instance2);
}
}
3、懒汉式
目的:解决饿汉式可能存在的内存空间浪费的问题进行该进,不一上来就创建对象,而是在使用时再来创建对象。
3.1、懒汉式的代码如下:
public class SingletonDemo02 {
//保证类只有一个实例,私有其构造器
private SingletonDemo02() {
}
//创建自身对象,当时不用立即加载
private static SingletonDemo02 instance;
//全局公开的方法 synchronized作用:加锁 多线程进来时会不安全,效率较低
public static synchronized SingletonDemo02 getInstance() {
if(instance == null) {
instance = new SingletonDemo02();
}
return instance;
}
}
3.2、分析:代码中为什要使用synchronized关键字来进行上锁
考率一下多线程的情况下,如果没有上锁,两个线程A、B一前以后的很紧密的执行该方法,而此时A完成了初始化操作,但是还没有进行返回,B此时进入判断语句中,此时也为null,这样也会进行初始化操作,于是乎,就得到了两个对象了,违反了单例模式设计得原则。
3.3、弊端分析:
该方法使用了synchronized对一个返回得方法进行了上锁,该方法得执行效率会较慢。
4、DCL_懒汉式
目的:DCL_懒汉式又称为双重检测懒汉式,为了改进懒汉式效率不高的问题
4.1、该类的1版本的代码如下:
public class SingletonDemo03 {
//保证类只有一个实例,私有其构造器
private SingletonDemo03() {
}
//创建自身对象,当时不用立即加载 volatile作用:尽大可能的解决极端情况的问题
private volatile static SingletonDemo03 instance;
//全局公开的方法 synchronized作用:加锁 多线程进来时会不安全,效率较低
public static SingletonDemo03 getInstance() {
if(instance == null) {
//定一次进来时加锁,后面进来时就不加锁了,提高了效率
synchronized (SingletonDemo03.class) {
if(instance == null) {
instance = new SingletonDemo03();
}
}
}
return instance;
}
}
4.2、分析1版本代码:
同样考率多线程的情况下,A、B两线程相继的进入方法中,A率先获得初始化权力,进行上锁,进行对对象的创建,并且因为有volatile关键字,能够快速的将对象更新给B。如果B未进入判断语句中,则此时B中有该类对象了,直接返回了。如果B进入了判断语句中,但是A已经上锁了,也无法进入了,只有返回了。
4.3、1版本的弊端
1、再考虑多线程的极端情况,如果该类比较庞大,创建对象需要花费很长时间,B已经进入函数中了,而A创建对象的时间会比B走完该函数的时间长,则此时该函数将会返回B,而B=NULL。
2、该模式无法防止反射
4.4、版本2代码:
public class SingletonDemo03 {
//破坏两次都用反射创建对象
private static boolean flag = false;
//保证类只有一个实例,私有其构造器
private SingletonDemo03() {
//防治被反射
synchronized (SingletonDemo03.class) {
if(flag == false) {
flag = true;
}else {
throw new RuntimeException("不要试图用反射破坏单例");
}
}
}
//创建自身对象,当时不用立即加载 volatile作用:尽大可能的解决极端情况的问题
private volatile static SingletonDemo03 instance;
//全局公开的方法 synchronized作用:加锁 多线程进来时会不安全,效率较低
public static SingletonDemo03 getInstance() {
if(instance == null) {
//定一次进来时加锁,后面进来时就不加锁了,提高了效率
synchronized (SingletonDemo03.class) {
if(instance == null) {
instance = new SingletonDemo03();
}
}
}
return instance;
}
}
4.5、弊端分析
该版本同样未解决上面的问题,只是加大了反射获取对象的难度,反射破坏单例的代码如下:
class SingletonDemo03Test {
public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException, NoSuchFieldException {
/*
SingletonDemo03 instance1 = SingletonDemo03.getInstance();
SingletonDemo03 instance2 = SingletonDemo03.getInstance();
System.out.println(instance1 == instance2);
*/
Class<SingletonDemo03> clazz = SingletonDemo03.class;
//反射破坏单例
Constructor<SingletonDemo03> declaredConstructor = clazz.getDeclaredConstructor(null);
declaredConstructor.setAccessible(true);
SingletonDemo03 instance1 = declaredConstructor.newInstance();
//破坏flag
Field flag = clazz.getDeclaredField("flag");
flag.setAccessible(true);
flag.set(clazz,false);
System.out.println(flag.get(clazz));
SingletonDemo03 instance2 = declaredConstructor.newInstance();
System.out.println(instance1 == instance2);
System.out.println(instance1.hashCode());
System.out.println(instance2.hashCode());
}
}
运行结果:
false
false
21685669
2133927002
5、静态内部类实现
该方式能够不适用synchronized提高效率,并且能够保证在多线程的情况下依旧是单例,代码如下:
public class SingletonDemo04 {
private SingletonDemo04() {
//防治被反射
synchronized (SingletonDemo04.class) {
if(InnerClass.instance != null) {
throw new RuntimeException("不要试图用反射破坏单例");
}
}
}
private static class InnerClass {
private static final SingletonDemo04 instance = new SingletonDemo04();
}
public static SingletonDemo04 getInstance() {
return InnerClass.instance;
}
}
6、利用枚举来实现
java中最为推荐的是使用枚举类来创建单例对象,因为枚举类有这纯天然的优势,无法被反射。点击进反射创建对象的newInstance()方法的源码中可以发现:
@CallerSensitive
public T newInstance(Object ... initargs)
throws InstantiationException, IllegalAccessException,
IllegalArgumentException, InvocationTargetException
{
if (!override) {
if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {
Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
checkAccess(caller, clazz, null, modifiers);
}
}
if ((clazz.getModifiers() & Modifier.ENUM) != 0)
throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");
ConstructorAccessor ca = constructorAccessor; // read volatile
if (ca == null) {
ca = acquireConstructorAccessor();
}
@SuppressWarnings("unchecked")
T inst = (T) ca.newInstance(initargs);
return inst;
}
此外,枚举类也本身就是单例的,所以使用枚举类来创建单例对象最为适合,而如今大多数的框架的单例也都是通过这样的方法进行创建的。代码如下:
/**
* 反射不能破坏枚举类型,枚举类纯天然的单例,最简单
*/
public enum SingletonDemo05 {
INSTANCE;
public SingletonDemo05 getInstance() {
return INSTANCE;
}
public String hello() {
return "Hello World!";
}
}
class SingletonDemo05Test {
public static void main(String[] args) {
SingletonDemo05 instance1 = SingletonDemo05.INSTANCE;
SingletonDemo05 instance2 = SingletonDemo05.INSTANCE.getInstance();
System.out.println(instance1 == instance2);
String hello = SingletonDemo05.INSTANCE.hello();
System.out.println(hello);
}
}
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