重走JAVA之路（二）：面试中的单例模式（从入门到放弃）
说到单例设计模式，大家应该都比较熟悉，也能说个一二三，单例单例，无非就是 保证一个类只有一个对象实例嘛，一般就是私有化构造函数，然后再暴露一个方法提供一个实例，确实没错，但是怎么样保证一个单例的安全性呢，私有构造函数，那如果反射强势调用呢？再比如序列化一个对象后，反序列化呢？生成的对象是否还是一样的？
1.常见的单例模式
单例模式现在的写法确实也是有蛮多种，总结一下，大概有如下几种：
- 懒汉式写法
- 饿汉式写法
- DCL写法（双重判断）
- 静态内部类写法
- 枚举类写法
那么每种写法到底有什么区别呢？哪种才是最适合的，话不多说，直接撸代码~
1.1 懒汉式写法
/**
* @FileName: com.example.hik.lib
* @Desription: 描述功能
* @Anthor: taolin
* @Version V2.0 <描述当前版本功能>
*/
public class SingleInstanceDemo {
private static SingleInstanceDemo sSingleInstanceDemo;
private SingleInstanceDemo(){
}
public synchronized static SingleInstanceDemo getInstance(){
if (sSingleInstanceDemo==null)
sSingleInstanceDemo = new SingleInstanceDemo();
return sSingleInstanceDemo;
}
}
复制代码
代码很简单，这种方式是线程安全的，但是很明显，每次调用方法，都需要先获得同步锁，性能比较低，不建议这么写
1.2 饿汉式写法
/**
* @FileName: com.example.hik.lib
* @Desription: 描述功能
* @Anthor: taolin
* @Date: 2019/2/21
* @Version V2.0 <描述当前版本功能>
*/
public class SingleInstanceDemo {
private static SingleInstanceDemo sSingleInstanceDemo = new SingleInstanceDemo();
private SingleInstanceDemo(){
}
public synchronized static SingleInstanceDemo getInstance(){
return sSingleInstanceDemo;
}
}
复制代码
这种写法，不能确保你的实例是在调用getInstance方法时生成的，因为类的加载机制是在可能需要使用到这个类的时候就加载（比如其他地方引用到了这个类名等等），不清楚的可以看下上篇文章静态变量的生命周期，所以这种也不能达到懒加载的效果。
1.3 DCL写法
/**
* @FileName: com.example.hik.lib
* @Desription: 描述功能
* @Anthor: taolin
* @Date: 2019/2/21
* @Version V2.0 <描述当前版本功能>
*/
public class SingleInstanceDemo {
private static SingleInstanceDemo sSingleInstanceDemo;
private SingleInstanceDemo(){
}
public static SingleInstanceDemo getInstance(){
if (sSingleInstanceDemo==null){
synchronized (SingleInstanceDemo.class){
if (sSingleInstanceDemo==null){
sSingleInstanceDemo = new SingleInstanceDemo();
}
}
}
return sSingleInstanceDemo;
}
}
复制代码
可以看到，把synchronized关键字是移到了内部，保证不用每次调用方法都得获取同步锁，性能有一定的提升，但是有一个问题，在Java指令中，对象的创建和赋值不是一步操作的，JVM会对代码进行一定的指令重排序（具体规则就不多介绍了，自行google），也就是说可能JVM会先直接赋值给instance成员，然后再去初始化这个sSingleInstanceDemo实例，这样就会出现问题
当然也就解决办法，加上volatile关键字就好了，可以禁止指令重排序
1.4 静态内部类写法
/**
* @FileName: com.example.hik.lib
* @Desription: 描述功能
* @Anthor: taolin
* @Date: 2019/2/21
* @Version V2.0 <描述当前版本功能>
*/
public class SingleInstanceDemo {
public static class InnerClass{
private static final SingleInstanceDemo sSingleInstanceDemo = new SingleInstanceDemo();
}
private SingleInstanceDemo(){
}
public static SingleInstanceDemo getInstance(){
return InnerClass.sSingleInstanceDemo;
}
}
复制代码
乍一看！咦，好像和饿汉式有点像，只不过这里声明了一个私有的静态内部类，这样的区别就在于：
静态sSingleInstanceDemo对象的生成一定是在调用getInstance()方法的时候生成的，因为它是跟随着InnerClass这个类的加载而产生的，它本身是一个私有类，也保证了不会有其他的地方来调用InnerClass，这种写法比较推荐
1.5 枚举类写法
/**
* @FileName: com.example.hik.lib
* @Desription: 描述功能
* @Anthor: taolin
* @Date: 2019/2/21
* @Version V2.0 <描述当前版本功能>
*/
public enum SingleInstanceDemo {
INSTANCE;
private SingleInstanceDemo() {
}
}
复制代码
单例的枚举实现在《Effective Java》中有提到，因为其 功能完整、使用简洁、无偿地提供了序列化机制、在面对复杂的序列化或者反射攻击时仍然可以绝对防止多次实例化 等优点，单元素的枚举类型被认为是实现Singleton的最佳方法。
但是枚举类就内存消耗是比正常类要大的，所以，看情况选择适合自己的最好
2 防止反射和反序列化
我们先来写个demo来看看，是不是反射和反序列化真的会导致单例模式的问题
package com.example.hik.lib;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
import java.lang.reflect.Constructor;
public class MyClass {
public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
//我们通过静态内部类方式，获取单例对象
SingleInstanceDemo instance = SingleInstanceDemo.getInstance();
//通过反射来获取一个对象
SingleInstanceDemo instance2 = null;
Class<SingleInstanceDemo> singleInstanceDemoClass = SingleInstanceDemo.class;
try {
Constructor<SingleInstanceDemo> constructor = singleInstanceDemoClass.getDeclaredConstructor(null);
constructor.setAccessible(true);
instance2 = constructor.newInstance();
} catch (Exception mE) {
mE.printStackTrace();
}
System.out.println("reflect obj :"+(instance==instance2));
// 1. 把对象instance写入硬盘文件
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("object.txt");
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
oos.writeObject(instance);
oos.close();
fos.close();
// 2. 把硬盘文件上的对象读出来
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("object.txt"));
SingleInstanceDemo instance3 = (SingleInstanceDemo) ois.readObject();
System.out.println("Deserialize obj :"+(instance==instance3));
}
}
复制代码
run一下上面的代码可以看到
reflect obj :false Deserialize obj :false Process finished with exit code 0 复制代码
居然都是false，也就是我们通过反射和反序列生成的对象和单例对象是不一样的，那么岂不是单例就不是单例的意义了，我们来改进一下代码
/**
* @FileName: com.example.hik.lib
* @Desription: 描述功能
* @Anthor: taolin
* @Date: 2019/2/21
* @Version V2.0 <描述当前版本功能>
*/
public class SingleInstanceDemo implements Serializable {
public static class InnerClass{
public static final SingleInstanceDemo sSingleInstanceDemo = new SingleInstanceDemo();
}
private SingleInstanceDemo(){
if (null!=InnerClass.sSingleInstanceDemo){
throw new RuntimeException("不要用反射哦");
}
}
public static SingleInstanceDemo getInstance(){
return InnerClass.sSingleInstanceDemo;
}
private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
return InnerClass.sSingleInstanceDemo;
}
}
复制代码
解决办法：
- 序列化单例，重写readResolve()方法
- 在私有构造器里判断intance，如存在则抛异常(防止反射侵犯私有构造器)
再Run一下主代码，可以看到
java.lang.reflect.InvocationTargetException at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance0(Native Method) at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance(NativeConstructorAccessorImpl.java:62) at sun.reflect.DelegatingConstructorAccessorImpl.newInstance(DelegatingConstructorAccessorImpl.java:45) at java.lang.reflect.Constructor.newInstance(Constructor.java:423) at com.example.hik.lib.MyClass.main(MyClass.java:20) Caused by: java.lang.RuntimeException: 不要用反射哦 at com.example.hik.lib.SingleInstanceDemo.<init>(SingleInstanceDemo.java:19) ... 5 more Deserialize obj :true Process finished with exit code 0 复制代码
反射会抛出异常，而反序列化后对象也是和之前的单例是一样的，这样就大功告成了~
主要还是希望小伙伴能真正弄清楚每个单例模式的意义和不足之处，这样不管是在面试还是在日常开发中能够更好的掌握单例模式~比心❤
正文到此结束
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