单例模式的几种实现方式及其优缺点

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@小白创作中心

单例模式的几种实现方式及其优缺点

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CSDN

https://blog.csdn.net/wy02_/article/details/145202444

单例模式是Java编程中常用的设计模式之一，其核心目标是保证一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。本文将详细介绍单例模式的几种实现方式，包括饿汉式、懒汉式、双重检测锁、静态内部类和枚举单例，并讨论如何保证线程安全以及反射对单例模式的影响。

单例模式

作用：单例模式的核心是保证一个类只有一个实例，并且提供一个访问实例的全局访问点。

实现方式优缺点

饿汉式：线程安全，调用效率高，但是不能延迟加载
懒汉式：线程安全，调用效率不高，能延迟加载
双重检测锁：在懒汉式的基础上解决并发问题
静态内部类：线程安全，资源利用率高，可以延时加载
枚举单例：线程安全，调用效率高，但是不能延迟加载

饿汉式

在类加载的时候立即实例化对象，实现的步骤是先私有化构造方法，对外提供唯一的静态入口方法

public class SingletonInstance1 {
    
    private byte[] b1 = new byte[1024*1024];
    private byte[] b2 = new byte[1024*1024];
    private byte[] b3 = new byte[1024*1024];
    
    // 声明此类型的变量，并实例化，当该类被加载的时候就完成了实例化并保存在了内存中
    private final static SingletonInstance1 instance = new SingletonInstance1();
    // 私有化所有的构造方法,防止直接通过new关键字实例化
    private SingletonInstance1(){}
    // 对外提供一个获取实例的静态方法
    public static SingletonInstance1 getInstance(){
        return instance;
    }
}

在类加载时直接创建对象可能会造成空间的浪费

懒汉式

public class SingletonInstance2 {
    // 声明此类型的变量,但没有实例化
    private static SingletonInstance2 instance = null;
    // 私有化所有的构造方法,防止直接通过new关键字实例化
    private SingletonInstance2(){}
    // 对外提供一个获取实例的静态方法
    public static SingletonInstance2 getInstance(){
        if(instance == null){
            // 当instance不为空的时候才实例化
            instance = new SingletonInstance2();
        }
        return instance;
    }
}

外部调用getInstance()方法时才会创建对象(判断对象是否存在)，但是不能保证多线程并发的情况下的线程安全，所以就出现了双重检测锁模式

双重检测锁模式

public class SingletonInstance3 {
    // 声明此类型的变量,但没有实例化,防止指令重排
    private volatile static SingletonInstance3 instance;
    // 私有化所有的构造方法,防止直接通过new关键字实例化
    private SingletonInstance3(){}
    
    // 对外提供一个获取实例的静态方法
    public static SingletonInstance3 getInstance(){
        if(instance == null){
            synchronized (SingletonInstance3.class){
                if(instance == null){
                    // 当instance不为空的时候才实例化
                    instance = new SingletonInstance3();
                    /*
                    1.分配内存空间
                    2.执行构造法法，初始化对象
                    3.把这个对象指向这个空间
                    
                    如果不加volatile 会执行重排序 1 3 2
                    */
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

静态内部类

public class SingletonInstance4 {
    // 静态内部类
    public static class SingletonClassInstance{
        // 声明外部类型的静态常量
        public static final SingletonInstance4 instance = new SingletonInstance4();
    }
    // 私有化构造方法
    private SingletonInstance4(){}
    // 对外提供的唯一获取实例的方法
    public static SingletonInstance4 getInstance(){
        return SingletonClassInstance.instance;
    }
}

枚举

public enum EnumSingle {
    
    INSTANCE;
    
    public EnumSingle getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}

如何保证线程安全

推荐使用静态内部类或者双重检测锁配合volatile使用

反射破坏单例模式

代码如下

import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
public class LazyMan {
    private static boolean jiamibiaozhi = false;  // 加密标志位
    // 私有化所有的构造方法,防止直接通过new关键字实例化
    private LazyMan(){
        synchronized (LazyMan.class){
            if(!jiamibiaozhi){  // 防止反射破坏单例
                jiamibiaozhi = true;
            }else {
                throw new RuntimeException("不能试图使用反射破坏异常");
            }
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() +"LazyMan");
    }
    // 声明此类型的变量,但没有实例化, volatile防止指令重排
    private volatile static LazyMan instance;
    
    // 对外提供一个获取实例的静态方法
    public static LazyMan getInstance(){
        if(instance == null){
            synchronized (LazyMan.class){
                if(instance == null){
                    // 当instance不为空的时候才实例化
                    instance = new LazyMan();
                    /*
                    1.分配内存空间
                    2.执行构造法法，初始化对象
                    3.把这个对象指向这个空间
                    如果不加volatile 会执行重排序 1 3 2
                    */
                }
            }
        }
        return instance;
    }
    // 反射破环单列
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
        // LazyMan lazyMan = LazyMan.getInstance();
        Constructor<LazyMan> declaredConstructor = LazyMan.class.getDeclaredConstructor(null); // 获取空参构造器
        declaredConstructor.setAccessible(true); // 暴力反射，设置权限，无视私有构造器
        LazyMan lazyMan1 = declaredConstructor.newInstance(); // 通过空参构造器创建对象
        LazyMan lazyMan2 = declaredConstructor.newInstance();
        System.out.println(lazyMan1);
        System.out.println(lazyMan2);
    }
}

反射不能破坏枚举，见源码