摘要：?jiǎn)卫Ｊ绞且环N常用的設(shè)計(jì)模式也可能是設(shè)計(jì)模式中代碼量最少的設(shè)計(jì)模式。簡(jiǎn)介單例模式屬于中設(shè)計(jì)模式中的創(chuàng)建型模式定義是確保某一個(gè)類(lèi)只有一個(gè)實(shí)例并提供一個(gè)全局的訪問(wèn)點(diǎn)。

單例模式是一種常用的設(shè)計(jì)模式、也可能是設(shè)計(jì)模式中代碼量最少的設(shè)計(jì)模式。但是少并不意味著簡(jiǎn)單、想要用好、用對(duì)單例、就的費(fèi)一番腦子了。因?yàn)樗锩嫔婕暗搅撕芏郕ava底層的知識(shí)如類(lèi)裝載機(jī)制、Java內(nèi)存模型、volatile等知識(shí)點(diǎn)。

單例模式屬于23中設(shè)計(jì)模式中的創(chuàng)建型模式、定義是確保某一個(gè)類(lèi)只有一個(gè)實(shí)例、并提供一個(gè)全局的訪問(wèn)點(diǎn)。

具有以下3個(gè)特性：

只能有一個(gè)實(shí)例

必須自己創(chuàng)建自己唯一實(shí)例

提供全局訪問(wèn)點(diǎn)

單例要求類(lèi)只能返回同一對(duì)象的引用、必須提供一個(gè)靜態(tài)獲取該實(shí)例的方法
實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)以下兩步：

私有化構(gòu)造方法、防止外部實(shí)例化、只有通過(guò)對(duì)外提供的靜態(tài)方法來(lái)獲取唯一實(shí)例

提供一個(gè)靜態(tài)方法獲取對(duì)象的實(shí)例。

1. 餓漢式

public class EagetSingleton {

    private static final EagetSingleton INSANCE = new EagetSingleton();

    // 私有化構(gòu)造函數(shù)、防止外部實(shí)例化
    private EagetSingleton() {
    }

    // 提供靜態(tài)外部訪問(wèn)方法
    public static EagetSingleton getInstance() {
        return INSANCE;
    }

}

優(yōu)點(diǎn)：寫(xiě)法簡(jiǎn)單、類(lèi)裝載時(shí)就實(shí)例化了靜態(tài)變量、避免了線程并發(fā)問(wèn)題。
缺點(diǎn)：在類(lèi)裝載過(guò)程中就實(shí)例化了對(duì)象、造成了資源浪費(fèi)。

2. 餓漢式（靜態(tài)代碼塊）

public class StaticBlockSingleton {

    private static StaticBlockSingleton INSTANCE = null;

    static {
        try {
            INSTANCE = new StaticBlockSingleton();
        } catch (Exception e) {
        }
    }

    // 私有化構(gòu)造函數(shù)、防止外部實(shí)例化
    private StaticBlockSingleton() {
    }

    // 提供靜態(tài)外部訪問(wèn)方法
    public static StaticBlockSingleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }

}

這種方式和上述實(shí)現(xiàn)方式基本相同、只是把類(lèi)實(shí)例化的過(guò)程放到了靜態(tài)代碼塊中來(lái)實(shí)例化、同樣也是在類(lèi)裝載過(guò)程執(zhí)行靜態(tài)代碼塊、優(yōu)缺點(diǎn)基本相同但是它可以在類(lèi)實(shí)例化過(guò)程中做一些額外的操作如異常處理等。

3. 懶漢式（線程不安全）

public class LazySingleton {

    private static LazySingleton INSTANCE = null;

    // 私有化構(gòu)造函數(shù)、防止外部實(shí)例化
    private LazySingleton() {
    }

    // 提供靜態(tài)外部訪問(wèn)方法
    public static LazySingleton getInstance() {
        if (null == INSTANCE) { -------- 1
            INSTANCE = new LazySingleton(); ------2
        }
        return INSTANCE;
    }

}

優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了懶加載、避免了資源的浪費(fèi)。
缺點(diǎn)：線程不安全、在多線程情況下當(dāng)一個(gè)線程執(zhí)行到 1 處的時(shí)候、還沒(méi)有來(lái)得及往下執(zhí)行另一個(gè)線程也到 1 處 這樣兩個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行 2 處代碼、破壞了單例。

4. 懶漢式（加鎖）

public class LazySyncSingleton {

    private static LazySyncSingleton INSTANCE = null;

    // 私有化構(gòu)造函數(shù)、防止外部實(shí)例化
    private LazySyncSingleton() {
    }

    // 效率低下
    // 提供靜態(tài)外部訪問(wèn)方法
    public static synchronized LazySyncSingleton getInstance() {

        if (null == INSTANCE) {
            INSTANCE = new LazySyncSingleton();
        }

        return INSTANCE;
    }
}

解決了3中線程不安全的問(wèn)題、利用synchronized對(duì)getInstance()方法加鎖以達(dá)到同步訪問(wèn)。
優(yōu)點(diǎn)：線程同步
缺點(diǎn)：效率低下、此方式對(duì)整個(gè)對(duì)象加鎖、每次訪問(wèn)getInstance() 都需要同步訪問(wèn)、這種情況多線程并發(fā)效率非常低下、其實(shí)我們只需要在對(duì)象還沒(méi)實(shí)例化前加鎖就可以了、實(shí)例化后就不存在并發(fā)問(wèn)題了。

5. 懶漢式（雙重鎖）

public class DCheckSingleton {
    private static volatile DCheckSingleton INSTANCE = null;

    // 私有化構(gòu)造函數(shù)、防止外部實(shí)例化
    private DCheckSingleton() {
    }

    // 提供靜態(tài)外部訪問(wèn)方法
    public static DCheckSingleton getInstance() {

        if (null == INSTANCE) {
            synchronized (DCheckSingleton.class) {
                if (null == INSTANCE) {
                    INSTANCE = new DCheckSingleton();
                }
            }
        }
        return INSTANCE;
    }
}

解決了4中并發(fā)情況下效率低下的問(wèn)題。
優(yōu)點(diǎn)：線程安全、延遲加載、效率高
涉及到知識(shí)點(diǎn)： 1：volatile 關(guān)鍵字 確保內(nèi)存的可見(jiàn)性和有序性。如果不加volatile關(guān)鍵字會(huì)有什么情況？ 我知道在對(duì)象實(shí)例化時(shí)INSTANCE = new DCheckSingleton();這一句代碼JVM中并不是一步執(zhí)行的而是分為三步（1）在棧內(nèi)存中為 創(chuàng)建對(duì)象的引用指針 INSTANCE （2）在堆內(nèi)存中開(kāi)辟一塊空間來(lái)存放實(shí)例化的對(duì)象 new DCheckSingleton(); （3）將INSTANCE指向堆內(nèi)存空間地址J、VM只保證了代碼執(zhí)行結(jié)果的正確性、并不保證執(zhí)行順序（這里涉及到Java內(nèi)存模型知識(shí)點(diǎn)在這就不多說(shuō)了、感興趣的同學(xué)可以去了解下JVM一些底層實(shí)現(xiàn)原理）所以 1 ，2，3三步也可能是1 ，3 ，2 這樣我們就可能拿到的時(shí)一個(gè)半成品的對(duì)象了。
2: 涉及到類(lèi)實(shí)例化知識(shí)點(diǎn)
3: 涉及到Java內(nèi)存模型
4:涉及到JVM的一些執(zhí)行優(yōu)化、指令重排等

6. 靜態(tài)類(lèi)部類(lèi)

public class InnerSingleton {

    private  InnerSingleton() {
    }
    
    public static InnerSingleton getInstance() {
        return InnerClassSingleton.INSTANCE;
    }
    
    private static class InnerClassSingleton{
        private static final InnerSingleton INSTANCE = new InnerSingleton();
    }
}

這種方式和餓漢式的實(shí)現(xiàn)機(jī)制基本相同、都是利用了類(lèi)裝載機(jī)制來(lái)保證線程的安全、它和餓漢式的唯一區(qū)別就是實(shí)現(xiàn)了懶加載的機(jī)制、只有在調(diào)用getInstance()方法時(shí)才去進(jìn)行InnerClassSingleton類(lèi)的實(shí)例化。
優(yōu)點(diǎn)：避免了線程不安全，延遲加載，效率高。

7. 枚舉

public enum EnumsSingleton {
    INSTANCE;

    @SuppressWarnings("unused")
    private void method() {
        System.out.println("------- newInstance");
    }

}

借助JDK1.5中添加的枚舉來(lái)實(shí)現(xiàn)單例模式。不僅能避免多線程同步問(wèn)題，而且還能防止反序列化重新創(chuàng)建新的對(duì)象?？赡苁且?yàn)槊杜e在JDK1.5中才添加、所以在實(shí)際項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中、很少見(jiàn)人這么寫(xiě)過(guò)。

到這單例幾種實(shí)現(xiàn)方式以及每種方式的優(yōu)缺點(diǎn)都做了一些簡(jiǎn)單的介紹、枚舉雖小但是設(shè)計(jì)的知識(shí)點(diǎn)很多。

在單例模式中，活動(dòng)的單例只有一個(gè)實(shí)例，對(duì)單例類(lèi)的所有實(shí)例化得到的都是相同的一個(gè)實(shí)例。這樣就 防止其它對(duì)象對(duì)自己的實(shí)例化，確保所有的對(duì)象都訪問(wèn)一個(gè)實(shí)例

單例模式具有一定的伸縮性，類(lèi)自己來(lái)控制實(shí)例化進(jìn)程，類(lèi)就在改變實(shí)例化進(jìn)程上有相應(yīng)的伸縮性。

提供了對(duì)唯一實(shí)例的受控訪問(wèn)。

由于在系統(tǒng)內(nèi)存中只存在一個(gè)對(duì)象，因此可以 節(jié)約系統(tǒng)資源，當(dāng) 需要頻繁創(chuàng)建和銷(xiāo)毀的對(duì)象時(shí)單例模式無(wú)疑可以提高系統(tǒng)的性能。

允許可變數(shù)目的實(shí)例。

避免對(duì)共享資源的多重占用

不適用于變化的對(duì)象，如果同一類(lèi)型的對(duì)象總是要在不同的用例場(chǎng)景發(fā) 生變化，單例就會(huì)引起數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤，不能保存彼此的狀態(tài)。

由于單利模式中沒(méi)有抽象層，因此單例類(lèi)的擴(kuò)展有很大的困難。

單例類(lèi)的職責(zé)過(guò)重，在一定程度上違背了“單一職責(zé)原則”。

濫用單例將帶來(lái)一些負(fù)面問(wèn)題，如為了節(jié)省資源將數(shù)據(jù)庫(kù)連接池對(duì)象設(shè) 計(jì)為的單例類(lèi)，可能會(huì)導(dǎo)致共享連接池對(duì)象的程序過(guò)多而出現(xiàn)連接池溢 出；如果實(shí)例化的對(duì)象長(zhǎng)時(shí)間不被利用，系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為是垃圾而被回收， 這將導(dǎo)致對(duì)象狀態(tài)的丟失。

需要頻繁的進(jìn)行創(chuàng)建和銷(xiāo)毀的對(duì)象；

創(chuàng)建對(duì)象時(shí)耗時(shí)過(guò)多或耗費(fèi)資源過(guò)多，但又經(jīng)常用到的對(duì)象；

工具類(lèi)對(duì)象；

頻繁訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)或文件的對(duì)象。

最后在簡(jiǎn)單聊一下如何防止暴力破壞單例。主要介紹兩種方式以及如何來(lái)防范這兩種方式。
1: 利用Java的反射方式

        EagerSingleton instance = EagerSingleton.getInstance();
        Constructor instance2 = instance.getClass().getDeclaredConstructor();
         instance2.setAccessible(true);
         EagerSingleton instance3 = (EagerSingleton) instance2.newInstance();
         System.out.println("===" + instance);
         System.out.println("===" + instance3);

利用Java的反射方式可以達(dá)到爆力破解單例的效果、運(yùn)行結(jié)果我就不在這貼出了有興趣的可以自己試試instance 和 instance3 肯定不是一個(gè)對(duì)象。
如何來(lái)防范這方式？ 其實(shí)也很簡(jiǎn)單Java Security 中為我們提供了現(xiàn)成的方法。只需要在私有構(gòu)造中使用SecurityManager 進(jìn)行檢查下就可以代碼如下。

 // 私有的構(gòu)造方法，防止外部實(shí)例化
     private EagerSingleton() {
         SecurityManager sm = new SecurityManager();
         sm.checkPermission(new ReflectPermission("禁止反射"));
     }

2: 第二種方式是利用Java 序列化和反序列化來(lái)實(shí)現(xiàn)

ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("1.txt"));
         out.writeObject(instance);
         out.close();
         ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new FileInputStream("1.txt"));
         EagerSingleton readObject = (EagerSingleton) in.readObject();
         in.close();
         System.out.println("==" + instance);
         System.out.println("==" + readObject);

如何防范？ 很簡(jiǎn)單只需要重寫(xiě)readResolve() 反方就可以了

 private Object readResolve() {
         return EagerSingleton.instance;
     }

兩種暴力破解和防范的方式都介紹完了，感興趣的同志可以去試試我這里沒(méi)有貼出完整的測(cè)試代碼和運(yùn)行結(jié)果。

～～～～～～到這我們的小單例已經(jīng)介紹完了，有沒(méi)有感到驚訝?。?！