JUC并发编程 --单例模式

vlambda
2020-07-29

JUC并发编程 --单例模式

单例模式是java中最简单的设计模式之一。这种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。

注意：

单例类只能有一个实例。
单例类必须自己创建自己的唯一实例。
单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

使用场景：

要求产生唯一序列号。
WEB中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如I/O与数据库的连接等。

饿汉式单例模式

优点：没有加锁，执行效率会提高。

缺点：类加载时就初始化，浪费内存。

package com.ning.single;
/** * @author 16790 * 饿汉式单例模式 */public class Hungry {
 private Hungry(){}
 private static Hungry hungry=new Hungry();
 public static Hungry getInstance(){ return hungry; }
}

懒汉式单例模式

package com.ning.single;
/** * @author 16790 * 懒汉式单例模式 不支持多线程，在多线程下，这种模式不安全 */public class LazyMan {
 private LazyMan(){}
 private static LazyMan lazyMan;
 public static LazyMan getInstance(){ if (lazyMan==null){ lazyMan=new LazyMan(); } return lazyMan; }}

DCL 懒汉式单例模式（DCL即双检锁 double-checked locking）

这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。

package com.ning.single;
/** * @author 16790 * DCL懒汉式单例模式 */public class DCLLazyMan {  private DCLLazyMan(){}    //这里为什么要使用volatile？    /**      dclLazyMan=new DCLLazyMan();这个不是原子操作，要防止指令重排      为什么不是原子操作？      1.分配内存空间      2.执行构造方法，初始化对象      3.把这个对象指向这个空间    */ private static volatile DCLLazyMan dclLazyMan;  public static DCLLazyMan getInstance(){ if (dclLazyMan==null){        //同步代码块 synchronized (DCLLazyMan.class){ dclLazyMan=new DCLLazyMan(); } } return dclLazyMan; }}

静态内部类

这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。对静态域使用延迟初始化，应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。

package com.ning.single;
/** * @author 16790 * 静态内部类 */public class StaticClass {
 private StaticClass(){}
 public static StaticClass getInstance(){ return InnerClass.STATIC_CLASS;    }    //内部类 public static class InnerClass{ private static final StaticClass STATIC_CLASS=new StaticClass(); }}

枚举

这种实现方式还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。

package com.ning.single;
/** * @author 16790 * 枚举 */public enum EnumSingle {    INSTANCE; public EnumSingle getInstance(){ return INSTANCE;    }}

单例不安全，反射和序列化可以破坏单例

使用反射创建对象

package com.ning.single;
import java.lang.reflect.Constructor;import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
/** * @author 16790 * 懒汉式单例模式 */public class LazyMan {
 private LazyMan(){}
 private static LazyMan lazyMan;
 public static LazyMan getInstance(){ if (lazyMan==null){ lazyMan=new LazyMan(); } return lazyMan; }}
class test{ public static void main(String[] args) throws Exception { LazyMan lazyMan=LazyMan.getInstance(); Constructor<LazyMan> constructor = LazyMan.class.getDeclaredConstructor(null); constructor.setAccessible(true); LazyMan lazyMan1 = constructor.newInstance(); System.out.println(lazyMan); System.out.println(lazyMan1); }}
测试结果：com.ning.single.LazyMan@1b6d3586com.ning.single.LazyMan@4554617c

分析：从结果来看，创建了两个单例对象，这样就破坏了单例模式。破坏的原因是将构造方式的private的检查，通过constructor.setAccessible(true)进行了屏蔽。

解决办法：将构造方法的调用次数设置一个标志，来进行表示调用次数，超过一次之后，在调用构造方法直接抛出异常。

package com.ning.single;
import java.lang.reflect.Constructor;
/** * @author 16790 * DCL懒汉式单例模式 */public class DCLLazyMan { private static boolean flag=false;
 private DCLLazyMan(){ synchronized (DCLLazyMan.class){ if (flag==false){ flag=true; }else{ throw new RuntimeException("不能创建多个实例"); } } }
 private static volatile DCLLazyMan dclLazyMan;
 public static DCLLazyMan getInstance(){ if (dclLazyMan==null){ synchronized (DCLLazyMan.class){ dclLazyMan=new DCLLazyMan(); } } return dclLazyMan; }}class Test{ public static void main(String[] args) throws Exception{ Constructor<DCLLazyMan> constructor = DCLLazyMan.class.getDeclaredConstructor(null);
 constructor.setAccessible(true); DCLLazyMan dclLazyMan = constructor.newInstance(); DCLLazyMan dclLazyMan2= constructor.newInstance();
 System.out.println(dclLazyMan); System.out.println(dclLazyMan2); }}

结果：

序列化破坏单例模式

测试

package com.ning.single;
import java.io.*;import java.lang.reflect.Constructor;
/** * @author 16790 * DCL懒汉式单例模式 */public class SerializableTest implements Serializable { private static boolean flag=false;
 private SerializableTest(){ synchronized (SerializableTest.class){ if (flag==false){ flag=true; }else{ throw new RuntimeException("不能创建多个实例"); } } }
 private static volatile SerializableTest serializableTest;
 public static SerializableTest getInstance(){ if (serializableTest==null){ synchronized (SerializableTest.class){ serializableTest=new SerializableTest(); } } return serializableTest; }}class sTest{ public static void main(String[] args) throws Exception {
 ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("tempFile")); oos.writeObject(SerializableTest.getInstance());
 ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(new File("tempFile"))); SerializableTest serializableTest1 = (SerializableTest) ois.readObject(); //判断是否是同一个对象 System.out.println(serializableTest1); System.out.println(SerializableTest.getInstance()); }}

结果：

输出的结果不一样说明：

通过对该类的序列化与反序列化得到的一个对象是一个新对象。

为什么序列化会破坏单列模式？

这里重点看一下readOrdinaryObject方法的代码：

private Object readOrdinaryObject(boolean unshared)        throws IOException //此处省略部分代码 Object obj; try {        /**        isInstantiable():如果一个serializable/externalizable的类可以        在运行时被实例化，那么该方法就返回true。         desc.newInstance：该方法通过反射的方式调用无参构造方法新建        一个对象。        */ obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null; } catch (Exception ex) { throw (IOException) new InvalidClassException( desc.forClass().getName(), "unable to create instance").initCause(ex);        }  //此处省略部分代码 if (obj != null && handles.lookupException(passHandle) == null && desc.hasReadResolveMethod()) { Object rep = desc.invokeReadResolve(obj); if (unshared && rep.getClass().isArray()) { rep = cloneArray(rep); } if (rep != obj) { // Filter the replacement object if (rep != null) { if (rep.getClass().isArray()) { filterCheck(rep.getClass(), Array.getLength(rep)); } else { filterCheck(rep.getClass(), -1); } } handles.setObject(passHandle, obj = rep); }        } return obj; }

所以也可以解释为什么序列化可以破坏单例了？

序列化会通过反射调用无参数的构造方法创建一个新的对象。

防止序列化破坏单例模式：

只要在该类中定义readResolve()方法就可以解决该问题：

package com.ning.single;
import java.io.*;import java.lang.reflect.Constructor;
/** * @author 16790 * DCL懒汉式单例模式 */public class SerializableTest implements Serializable { private static boolean flag=false;
 private SerializableTest(){ synchronized (SerializableTest.class){ if (flag==false){ flag=true; }else{ throw new RuntimeException("不能创建多个实例"); } } }
 private static volatile SerializableTest serializableTest;
 public static SerializableTest getInstance(){ if (serializableTest==null){ synchronized (SerializableTest.class){ serializableTest=new SerializableTest(); } } return serializableTest; }
 public Object readResolve(){ return serializableTest; }}class sTest{ public static void main(String[] args) throws Exception {
 ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("tempFile")); oos.writeObject(SerializableTest.getInstance());
 ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(new File("tempFile"))); SerializableTest serializableTest1 = (SerializableTest) ois.readObject(); //判断是否是同一个对象 System.out.println(serializableTest1); System.out.println(SerializableTest.getInstance()); }}

原理：

还是在readOrdinaryObject方法中

//此处省略部分代码/**hasReadResolveMethod():如果实现了serializable 或者 externalizable接口的类中包含readResolve则返回trueinvokeReadResolve():通过反射的方式调用要被反序列化的类的readResolve方法。*/ if (obj != null && handles.lookupException(passHandle) == null && desc.hasReadResolveMethod()) { Object rep = desc.invokeReadResolve(obj); if (unshared && rep.getClass().isArray()) { rep = cloneArray(rep); } if (rep != obj) { // Filter the replacement object if (rep != null) { if (rep.getClass().isArray()) { filterCheck(rep.getClass(), Array.getLength(rep)); } else { filterCheck(rep.getClass(), -1); } } handles.setObject(passHandle, obj = rep); } } return obj; }