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设计模式之美—单例模式

2019年10月16日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

单例模式

什么是单例?

  1. 该类只能有一个实例。
  2. 该类负责创建自己的对象。
  3. 在整个项目中都能访问到这个实例。

应用场景

  1. 读配置文件时,维护全局的config类。
  2. 线程池、连接池,统一进行分配和管理。
  3. 网站的计数器,也可以采用单例模式实现,保持同步

代码实现

饿汉式

   中国古代神话中有女娲补天一说,现在天破了,我们去求女娲补天。

  女娲用英语来说是 a goddess in chinese mythology,意思就是神话中的女神,女娲是独一无二的,现在我们就建一个女神类goddess。

1 public class goddess {
2     
3 }

  神话中,我们都是女娲造出来的,人是不能造女娲的,所以要女娲私有化构造。

1 public class goddess {
2     private goddess(){};//私有化构造
3 }

  既然人不能女娲,那女娲是怎么来的,女娲伴随天地初开产生的,所以要自己创建对象

1 public class goddess {
2     private static final goddess goddess = new goddess();//自己创建对象
3     private goddess(){};//私有化构造
4 }

  女娲是神秘的,凡胎肉眼看不到所以要private,static保证了女娲伴随天地初开,在内存中永生,不能被垃圾回收器回收。final保证女娲是不会变的,永远是那个女神,啧...啧...

1 public class goddess {
2     private static final goddess goddess = new goddess();//自己创建对象
3     private goddess(){};//私有化构造
4     public static goddess getinstance(){//获取唯一可用的对象
5         return goddess;
6     }
7 }

  既然单例不能被实例化,就需要一个静态的方法来获取对象。这是单例的“饿汉式”,代码第二行就产生了女娲。

  我们来验证一下:

1 public class goddesstest {
2     public static void main(string[] args){
3         goddess goddes1 = goddess.getinstance();
4         goddess goddes2 = goddess.getinstance();
5         system.out.println("两个对象的引用是否相等:"+(goddes1==goddes2));
6     }
7 }

  结果:

两个对象的引用是否相等:true

  两个对象的引用是同一个对象,说明我们实现了单例模式。

懒汉式

 1 public class goddess {
 2     private static goddess goddess ;//此时不创建对象
 3     private goddess(){};//私有化构造
 4     public static goddess getinstance(){//获取唯一可用的对象
 5 
 6         if (goddess == null) {//如果没有女娲才去创建
 7             goddess = new goddess();
 8         }
 9         return goddess;
10     }
11 }

  女娲比较懒,没事干的时候,处于混沌状态,第一次求女娲时,女娲才会实例化。

  好处:省了一段时间的内存,

  坏处:第一次请女娲会慢,因为要消耗cpu去实例化。多线程下也有问题,如果多个人同时请女娲,会产生很多女娲,不是线程安全。

  我们加上synchronized进行优化,线程调用前必须获取同步锁,调用完后会释放锁给其他线程用,也就是请女娲必须排队,大家一个一个来。

 1 public class goddess {
 2     private static goddess goddess ;//此时不创建对象
 3     private goddess(){};//私有化构造
 4     public static synchronized goddess getinstance(){//获取唯一可用的对象
 5 
 6         if (goddess == null) {//如果没有女娲才去创建
 7             goddess = new goddess();
 8         }
 9         return goddess;
10     }
11 }

  然而,这样多个人都要去抢锁,即使对象已经实例化,没有充分利用cpu资源并发优势(特别是多核情况)。

  我们把synchronized放到方法体内,如果女娲还没实例化,才回去抢锁,这就极大的利用了cpu资源。

  代码如下:

双检锁/双重校验锁

 1 //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。
 2 public class goddess {
 3     private volatile static goddess goddess ;//此时不创建对象
 4     private goddess(){};//私有化构造
 5     public static goddess getinstance(){//获取唯一可用的对象
 6         if (goddess == null) {//如果女娲还没有实例化,请女娲的人进行等待,准备抢夺请求锁。
 7             synchronized(goddess.class){
 8                 if (goddess == null) {//第一个抢过之后,后面的人也不用等待了,女娲还有五秒到达战场
 9                     goddess = new goddess();
10                 }
11             }
12         }
13         return goddess;
14     }
15 }

 枚举模式

1 public enum goddess {
2     instance;
3     public goddess getinstance(){
4         return instance;
5     }
6 }

  以上方式是在不考虑反射和序列化的情况下实现的,如果考虑了反射,就无法做到单例类只能有一个实例这种说法了。但是枚举单例模式可以避免这两种情况。

我们以饿汉式为例:

 1 public class goddesstest {
 2     public static void main(string[] args) throws exception {
 3         goddess goddes1=goddess.getinstance();
 4         goddess goddes2=goddess.getinstance();
 5         constructor<goddess> constructor=goddess.class.getdeclaredconstructor();
 6         constructor.setaccessible(true);
 7         goddess goddes3=constructor.newinstance();
 8         system.out.println("正常情况下,两个对象的引用是否相等:"+(goddes1 == goddes2));
 9         system.out.println("反射攻击时,两个对象的引用是否相等:"+(goddes1 == goddes3));
10     }
11 }

  结果:

1 正常情况下,两个对象的引用是否相等:true
2 反射攻击时,两个对象的引用是否相等:false

  枚举单例下示例:

 1 public class goddesstest {
 2     public static void main(string[] args) throws exception {
 3         goddess goddes1=goddess.instance;
 4         goddess goddes2=goddess.instance;
 5         constructor<goddess> constructor= null;
 6         constructor = goddess.class.getdeclaredconstructor();
 7         constructor.setaccessible(true);
 8         goddess goddes3= null;
 9         goddes3 = constructor.newinstance();
10         system.out.println("正常情况下,两个对象的引用是否相等:"+(goddes1 == goddes2));
11         system.out.println("反射攻击时,两个对象的引用是否相等:"+(goddes1 == goddes3));
12     }
13 }

  结果:

1 exception in thread "main" java.lang.nosuchmethodexception: xxx.xxx.goddess.<init>()
2     at java.lang.class.getconstructor0(class.java:3082)
3     at java.lang.class.getdeclaredconstructor(class.java:2178)
4     at com.slw.design.danli.goddesstest.main(goddesstest.java:11)

  反射通过newinstance创建对象时,会检查该类是否enum修饰,如果是则抛出异常,反射失败。所以枚举是不怕发射攻击的。

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