單例模式

單例模式是 Java 中常用的設(shè)計模式之一，屬于設(shè)計模式三大類中的創(chuàng)建型模式。在運行期間，保證某個類僅有一個實例，并提供一個訪問它的全局訪問點。單例模式所屬類的構(gòu)造方法是私有的，所以單例類是不能被繼承的。實現(xiàn)線程安全的單例模式有以下幾種方式：

1.餓漢式

public class Singleton {private static Singleton instance = new Singleton();private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {return instance;}}

這是實現(xiàn)一個安全的單例模式的最簡單粗暴的寫法，之所以稱之為餓漢式，是因為肚子餓了，想馬上吃到東西，不想等待生產(chǎn)時間。在類被加載的時候就把Singleton實例給創(chuàng)建出來供使用，以后不再改變。

優(yōu)點：實現(xiàn)簡單，?線程安全，調(diào)用效率高（無鎖，且對象在類加載時就已創(chuàng)建，可直接使用）。

缺點：可能在還不需要此實例的時候就已經(jīng)把實例創(chuàng)建出來了，不能延時加載（在需要的時候才創(chuàng)建對象）。

2.懶漢式

public class Singleton {private static Singleton instance = null;private Singleton() {}//如果沒有synchronized，則線程不安全public static synchronized Singleton getInstance() {//synchronized也可以寫在方法里，形成同步代碼塊if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;}}

相比餓漢式，懶漢式顯得沒那么“餓”，在真正需要的時候再去創(chuàng)建實例。

優(yōu)點：線程安全，可以延時加載。

缺點：調(diào)用效率不高（有鎖，且需要先創(chuàng)建對象）。

3.懶漢式改良版（雙重同步鎖）

public class Singleton {private static volatile Singleton singleton;private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {if (singleton == null) {synchronized (Singleton.class) {if (singleton == null) {singleton = new Singleton();}}}return singleton;} }

使用了double-check，即check-加鎖-check，減少了同步的開銷

第2種懶漢式的效率低在哪里呢？第二種寫法將synchronized加在了方法上（或者寫在方法里），在單例對象被創(chuàng)建后，因為方法加了鎖，所以要等當(dāng)前線程得到對象釋放鎖后，下一個線程才可以進入getInstance()方法獲取對象，也就是線程要一個一個的去獲取對象。而采用雙重同步鎖，在synchronized代碼塊前加了一層判斷，這使得在對象被創(chuàng)建之后，多線程不需進入synchronized代碼塊中，可以多線程同時并發(fā)訪問獲取對象，這樣效率大大提高。

在創(chuàng)建第一個對象時候，可能會有線程1，線程2兩個線程進入getInstance()方法，這時對象還未被創(chuàng)建，所以都通過第一層check。接下來的synchronized鎖只有一個線程可以進入，假設(shè)線程1進入，線程2等待。線程1進入后，由于對象還未被創(chuàng)建，所以通過第二層check并創(chuàng)建好對象，由于對象singleton是被volatile修飾的，所以在對singleton修改后會立即將singleton的值從其工作內(nèi)存刷回到主內(nèi)存以保證其它線程的可見性。線程1結(jié)束后線程2進入synchronized代碼塊，由于線程1已經(jīng)創(chuàng)建好對象并將對象值刷回到主內(nèi)存，所以這時線程2看到的singleton對象不再為空，因此通過第二層check，最后獲取到對象。這里volatile的作用是保證可見性，同時也禁止指令重排序，因為上述代碼中存在控制依賴，多線程中對控制依賴進行指令重排序會導(dǎo)致線程不安全。

優(yōu)點：線程安全，可以延時加載，調(diào)用效率比2高。

4.內(nèi)部靜態(tài)類

public class Singleton {private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {return SingletonFactory.instance;}private static class SingletonFactory {private static Singleton instance = new Singleton();}}

靜態(tài)內(nèi)部類只有被主動調(diào)用的時候，JVM才會去加載這個靜態(tài)內(nèi)部類。外部類初次加載，會初始化靜態(tài)變量、靜態(tài)代碼塊、靜態(tài)方法，但不會加載內(nèi)部類和靜態(tài)內(nèi)部類。

優(yōu)點：線程安全，調(diào)用效率高，可以延時加載。

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似乎靜態(tài)內(nèi)部類看起來已經(jīng)是最完美的方法了，其實不是，可能還存在反射攻擊和反序列化攻擊。

a)反射攻擊

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

運行結(jié)果：false

通過結(jié)果看，這兩個實例不是同一個，違背了單例模式的原則。

b)反序列化攻擊

引入依賴：

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

這個依賴提供了序列化和反序列化工具類。

Singleton類實現(xiàn)java.io.Serializable接口。

public class Singleton implements Serializable {private static class SingletonHolder {private static Singleton instance = new Singleton();}private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {return SingletonHolder.instance;}public static void main(String[] args) {Singleton instance = Singleton.getInstance();byte[] serialize = SerializationUtils.serialize(instance);Singleton newInstance = SerializationUtils.deserialize(serialize);System.out.println(instance == newInstance);}}

運行結(jié)果：false

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5.枚舉

最佳的單例實現(xiàn)模式就是枚舉模式。寫法簡單，線程安全，調(diào)用效率高，可以天然的防止反射和反序列化調(diào)用，不能延時加載。

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

調(diào)用方法：

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

直接通過Singleton.INSTANCE.doSomething()的方式調(diào)用即可。

枚舉如何實現(xiàn)線程安全？反編譯后可以發(fā)現(xiàn)，會通過一個類去繼承改枚舉，然后通過靜態(tài)代碼塊的方式在類加載時實例化對象，與餓漢式類似。https://blog.csdn.net/wufaliang003/article/details/81395411

如何做到防止反序列化調(diào)用？每一個枚舉類型及其定義的枚舉變量在JVM中都是唯一的，Java做了特殊的規(guī)定，枚舉類型序列化和反序列化出來的是同一個對象。

除此之外，枚舉還可以防止反射調(diào)用。

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綜上，線程安全的幾種單例模式比較來看：

枚舉（無鎖，調(diào)用效率高，可以防止反射和反序列化調(diào)用，不能延時加載）> 靜態(tài)內(nèi)部類（無鎖，調(diào)用效率高，可以延時加載）?> 雙重同步鎖（有鎖，調(diào)用效率高于懶漢式，可以延時加載） > 懶漢式（有鎖，調(diào)用效率不高，可以延時加載） ≈?餓漢式（無鎖，調(diào)用效率高，不能延時加載）

ps:只有枚舉能防止反射和反序列化調(diào)用

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的线程安全的几种单例模式的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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