java如何實(shí)現(xiàn)單例模式

這篇文章主要為大家展示了java如何實(shí)現(xiàn)單例模式，內(nèi)容簡而易懂，希望大家可以學(xué)習(xí)一下，學(xué)習(xí)完之后肯定會有收獲的，下面讓小編帶大家一起來看看吧。

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1.最基本的單例模式

/**
 * @author LearnAndGet
 * @time 2018年11月13日
 * 最基本的單例模式 */public class SingletonV1 { 
 private static SingletonV1 instance = new SingletonV1();; 
 //構(gòu)造函數(shù)私有化
 private SingletonV1() {} public static SingletonV1 getInstance() 
 { return instance;
 }
}

import org.junit.Test;public class SingletonTest {
 
 @Test public void test01() throws Exception
 {
 SingletonV1 s1 = SingletonV1.getInstance();
 SingletonV1 s2 = SingletonV1.getInstance();
 System.out.println(s1.hashCode());
 System.out.println(s2.hashCode());
 }
}//運(yùn)行結(jié)果如下：589873731
589873731

2.類加載時(shí)不初始化實(shí)例的模式

上述單例模式在類加載的時(shí)候，就會生成實(shí)例，可能造成空間浪費(fèi)，如果需要修改成，在需要使用時(shí)才生成實(shí)例，則可修改代碼如下：

public class SingletonV2 
{ private static SingletonV2 instance; //構(gòu)造函數(shù)私有化 
 private SingletonV2() {} 
	 public static SingletonV2 getInstance()
	 { if(instance == null) 
 { instance = new SingletonV2();
	} 
	return instance; } 
	}

然而，上述方案雖然在類加載時(shí)不會生成實(shí)例，但是存在線程安全問題，如果線程A在執(zhí)行到第10行時(shí)，線程B也進(jìn)入該代碼塊，恰好也執(zhí)行好第10行，此時(shí)如果實(shí)例尚未生成，則線程A和線程B都會執(zhí)行第12行的代碼，各自生成一個(gè)實(shí)例，此時(shí)就違背了單例模式的設(shè)計(jì)原則。實(shí)際測試代碼如下：

public class SingletonTest {

 @Test public void test02() throws Exception
 { 
 for(int i=0;i<1000;i++) 
 {
 Thread th2 = new getInstanceThread();
 th2.start();
 }
 
 } 
 class getInstanceThread extends Thread
 { public void run() 
 { try 
 {
 SingletonV2 s = SingletonV2.getInstance();
 System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" get Instance "+s.hashCode()+" Time: "+System.currentTimeMillis());
 }catch(Exception e) 
 {
 e.printStackTrace();
 }
 }
 }
 
}

經(jīng)過多次測試，可能產(chǎn)生如下輸出結(jié)果：

java如何實(shí)現(xiàn)單例模式

3.線程安全的單例模式

在上述單例模式下進(jìn)行改進(jìn)，在getInstance方法前加入 Sychronized關(guān)鍵字，來實(shí)現(xiàn)線程安全，修改后代碼如下：

 public class SingletonV3 { 
 
 private static SingletonV3 instance; 
 
 //構(gòu)造函數(shù)私有化 
 private SingletonV3() {} 
 
　　　　//synchronized關(guān)鍵字在靜態(tài)方法上，鎖定的是當(dāng)前類： 
 public static synchronized SingletonV3 getInstance() 
 {
 if(instance == null) 
 
{
 instance = new SingletonV3();
 }
 return instance;
 }
 }

增加sychronized關(guān)鍵字后，確實(shí)能夠改善線程安全問題，但是也帶來了額外的鎖開銷。性能受到一定影響。舉例來說，此時(shí)如果有1000個(gè)線程都需要使用SingletonV3實(shí)例，因?yàn)榧渔i的位置在getInstance上，因此，每個(gè)線程都必須等待其他獲取了鎖的線程完全執(zhí)行完鎖中的方法后，才能夠進(jìn)入該方法并獲取自己的實(shí)例。

4.雙重校檢+線程安全單例模式

于是可以在上述代碼的基礎(chǔ)上，只有當(dāng)Singleton實(shí)例未被初始化時(shí)，對實(shí)例化方法加鎖即可。在Singleton實(shí)例已經(jīng)被初始化時(shí)，無需加鎖，直接返回當(dāng)前Singleton對象。代碼如下：

 private static SingletonV4 instance; 
 
 //構(gòu)造函數(shù)私有化 
 private SingletonV4() {}
 
 public static SingletonV4 getInstance() 
 { 
 if(instance == null) 
 
 {
 synchronized(SingletonV4.class) 
 {
 //雙重校檢
 if(instance == null) 
 {
  instance = new SingletonV4();
  }
 }
 }
 return instance;
 }

5.內(nèi)部類單例模式　

盡管上述方案解決了同步問題，雙重校檢也使得性能開銷大大減小，但是，只有有synchronized關(guān)鍵字的存在。性能多多少少還是會有一些影響，此時(shí)，我們想到了 "內(nèi)部類"的用法。

①.內(nèi)部類不會隨著類的加載而加載

②.一個(gè)類被加載，當(dāng)且僅當(dāng)其某個(gè)靜態(tài)成員（靜態(tài)域、構(gòu)造器、靜態(tài)方法等）被調(diào)用時(shí)發(fā)生。

靜態(tài)內(nèi)部類隨著方法調(diào)用而被加載，只加載一次，不存在并發(fā)問題，所以是線程安全?；诖耍薷拇a如下：

 public class SingletonV5 {
 //構(gòu)造函數(shù)私有化
 private SingletonV5() {} 
 
 static class SingetonGet 
 { 
 private static final SingletonV5 instance = new SingletonV5(); 
 } 
 
 public static SingletonV5 getInstance() 
 {
 return SingetonGet.instance;
 }
 }

6.反射都不能破壞的單例模式

靜態(tài)內(nèi)部類實(shí)現(xiàn)的單例模式，是目前比較推薦的方式，但是在java功能強(qiáng)大反射的機(jī)制下，它就是個(gè)弟弟，此時(shí)利用反射仍然能夠創(chuàng)建出多個(gè)實(shí)例，以下是創(chuàng)建實(shí)例的代碼：

 @Test
 public void test4() 
 { 
 //普通方式獲取實(shí)例s1，s2 
 SingletonV5 s1 = SingletonV5.getInstance(); 
 SingletonV5 s2 = SingletonV5.getInstance(); 
 //利用反射獲取實(shí)例s3,s4 
 SingletonV5 s3 = null; 
 SingletonV5 s4 = null;
 try 
 {
 Class<SingletonV5> clazz = SingletonV5.class;
 Constructor<SingletonV5> constructor = clazz.getDeclaredConstructor();
 constructor.setAccessible(true);
 s3 = constructor.newInstance();
 s4 = constructor.newInstance();
 }catch(Exception e) 
 {
 e.printStackTrace();
 }
 
 System.out.println(s1.hashCode());
 System.out.println(s2.hashCode());
 System.out.println(s3.hashCode());
 System.out.println(s4.hashCode()); 
 }

輸出結(jié)果如下：

589873731
589873731
200006406
2052001577

可以看到，s1和s2擁有相同的哈希碼，因此他們是同一個(gè)實(shí)例，但是s3、s4，是通過反射后用構(gòu)造函數(shù)重新構(gòu)造生成的實(shí)例，他們均與s1，s2不同。此時(shí)單例模式下產(chǎn)生了多個(gè)不同的對象，違反了設(shè)計(jì)原則。

基于上述反射可能造成的單例模式失效，考慮在私有的構(gòu)造函數(shù)中添加是否初始化的標(biāo)記位，使私有構(gòu)造方法只可能被執(zhí)行一次。

public class SingletonV6 { //是否已經(jīng)初始化過的標(biāo)記位
 private static boolean isInitialized = false; 
 //構(gòu)造函數(shù)中，當(dāng)實(shí)例已經(jīng)被初始化時(shí)，不能繼續(xù)獲取新實(shí)例
 private SingletonV6() 
 { synchronized(SingletonV6.class) 
 { if(isInitialized == false) 
 {
 isInitialized = !isInitialized;
 }else 
 { throw new RuntimeException("單例模式被破壞...");
 }
 } 
 } static class SingetonGet
 { private static final SingletonV6 instance = new SingletonV6();
 } 
 public static SingletonV6 getInstance() 
 { return SingetonGet.instance;
 }
}

測試代碼如下：

 @Test public void test5()
 { 
 SingletonV6 s1 = SingletonV6.getInstance();
 SingletonV6 s2 = null; try 
 {
 Class<SingletonV6> clazz = SingletonV6.class;
 Constructor<SingletonV6> constructor = clazz.getDeclaredConstructor();
 constructor.setAccessible(true);
 s2 = constructor.newInstance();

 }catch(Exception e) 
 {
 e.printStackTrace();
 } 
 System.out.println(s1.hashCode());
 System.out.println(s2.hashCode());
 }

運(yùn)行上述代碼時(shí)，會拋出異常：

java.lang.reflect.InvocationTargetException
 at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance0(Native Method)
 at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance(Unknown Source)
 at sun.reflect.DelegatingConstructorAccessorImpl.newInstance(Unknown Source)
 at java.lang.reflect.Constructor.newInstance(Unknown Source)
 at SingletonTest.SingletonTest.test5(SingletonTest.java:98)
 at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
 at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(Unknown Source)
 at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(Unknown Source)
 at java.lang.reflect.Method.invoke(Unknown Source)
 at org.junit.runners.model.FrameworkMethod$1.runReflectiveCall(FrameworkMethod.java:50)
 at org.junit.internal.runners.model.ReflectiveCallable.run(ReflectiveCallable.java:12)
 at org.junit.runners.model.FrameworkMethod.invokeExplosively(FrameworkMethod.java:47)
 at org.junit.internal.runners.statements.InvokeMethod.evaluate(InvokeMethod.java:17)
 at org.junit.runners.ParentRunner.runLeaf(ParentRunner.java:325)
 at org.junit.runners.BlockJUnit4ClassRunner.runChild(BlockJUnit4ClassRunner.java:78)
 at org.junit.runners.BlockJUnit4ClassRunner.runChild(BlockJUnit4ClassRunner.java:57)
 at org.junit.runners.ParentRunner$3.run(ParentRunner.java:290)
 at org.junit.runners.ParentRunner$1.schedule(ParentRunner.java:71)
 at org.junit.runners.ParentRunner.runChildren(ParentRunner.java:288)
 at org.junit.runners.ParentRunner.access$000(ParentRunner.java:58)
 at org.junit.runners.ParentRunner$2.evaluate(ParentRunner.java:268)
 at org.junit.runners.ParentRunner.run(ParentRunner.java:363)
 at org.eclipse.jdt.internal.junit4.runner.JUnit4TestReference.run(JUnit4TestReference.java:86)
 at org.eclipse.jdt.internal.junit.runner.TestExecution.run(TestExecution.java:38)
 at org.eclipse.jdt.internal.junit.runner.RemoteTestRunner.runTests(RemoteTestRunner.java:538)
 at org.eclipse.jdt.internal.junit.runner.RemoteTestRunner.runTests(RemoteTestRunner.java:760)
 at org.eclipse.jdt.internal.junit.runner.RemoteTestRunner.run(RemoteTestRunner.java:460)
 at org.eclipse.jdt.internal.junit.runner.RemoteTestRunner.main(RemoteTestRunner.java:206)
Caused by: java.lang.RuntimeException: 單例模式被破壞...
 at SingletonTest.SingletonV6.<init>(SingletonV6.java:26)
 ... 28 more2052001577

7.序列化反序列化都不能破壞的單例模式

經(jīng)過上述改進(jìn)，反射也不能夠破壞單例模式了。但是，依然存在一種可能造成上述單例模式產(chǎn)生兩個(gè)不同的實(shí)例，那就是序列化。當(dāng)一個(gè)對象A經(jīng)過序列化，然后再反序列化，獲取到的對象B和A是否是同一個(gè)實(shí)例呢，驗(yàn)證代碼如下：

/**
 * @Author {LearnAndGet}
 * @Time 2018年11月13日
 * @Discription:測試序列化并反序列化是否還是同一對象 */package SingletonTest;import java.io.FileInputStream;import java.io.FileOutputStream;import java.io.ObjectInput;import java.io.ObjectInputStream;import java.io.ObjectOutput;import java.io.ObjectOutputStream;public class Main { /**
 * @param args */
 public static void main(String[] args) { // TODO Auto-generated method stub
 SingletonV6 s1 = SingletonV6.getInstance();
 
 ObjectOutput objOut = null; 
 try { //將s1序列化（記得將Singleton實(shí)現(xiàn)Serializable接口）
 objOut = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("c:\\a.objFile"));
 objOut.writeObject(s1);
 objOut.close(); 
 //反序列化得到s2
 ObjectInput objIn = new ObjectInputStream(new FileInputStream("c:\\a.objFile"));
 SingletonV6 s2 = (SingletonV6) objIn.readObject();
 objIn.close();
 
 System.out.println(s1.hashCode());
 System.out.println(s2.hashCode());
 
 } catch (Exception e) 
 { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace();
 }
 }

}

輸出結(jié)果如下：

1118140819
990368553

可見，此時(shí)序列化前的對象s1和經(jīng)過序列化->反序列化步驟后的到的對象s2，并不是同一個(gè)對象，因此，出現(xiàn)了兩個(gè)實(shí)例，再次違背了單例模式的設(shè)計(jì)原則。

為了消除問題，在單例模式類中，實(shí)現(xiàn)Serializable接口之后添加對readResolve()方法的實(shí)現(xiàn)：當(dāng)從I/O流中讀取對象時(shí)，readResolve()方法都會被調(diào)用到。實(shí)際上就是用readResolve()中返回的對象直接替換在反序列化過程中創(chuàng)建的對象，而被創(chuàng)建的對象則會被垃圾回收掉。這就確保了在序列化和反序列化的過程中沒人可以創(chuàng)建新的實(shí)例,修改后的代碼如下：

package SingletonTest;import java.io.Serializable;/**
 * @author LearnAndGet
 *
 * @time 2018年11月13日
 * 
 */public class SingletonV6 implements Serializable{ //是否已經(jīng)初始化過的標(biāo)記位
 private static boolean isInitialized = false; 
 //構(gòu)造函數(shù)中，當(dāng)實(shí)例已經(jīng)被初始化時(shí)，不能繼續(xù)獲取新實(shí)例
 private SingletonV6() 
 { synchronized(SingletonV6.class) 
 { if(isInitialized == false) 
 {
 isInitialized = !isInitialized;
 }else 
 { throw new RuntimeException("單例模式被破壞...");
 }
 } 
 } static class SingetonGet
 { private static final SingletonV6 instance = new SingletonV6();
 } 
 public static SingletonV6 getInstance() 
 { return SingetonGet.instance;
 } //實(shí)現(xiàn)readResolve方法
 private Object readResolve() 
 { return getInstance();
 }
}

重新運(yùn)行上述序列化和反序列過程，可以發(fā)現(xiàn)，此時(shí)得到的對象是同一對象。

1118140819
1118140819

8.總結(jié)

在實(shí)際開發(fā)中，根據(jù)自己的需要，選擇對應(yīng)的單例模式即可，不一樣非要實(shí)現(xiàn)第7節(jié)中那種無堅(jiān)不摧的單例模式。畢竟不是所有場景下都需要實(shí)現(xiàn)序列化接口，也并不是所有人都會用反射來破壞單例模式。因此比較常用的是第5節(jié)中的，內(nèi)部類單例模式，代碼簡潔明了，且節(jié)省空間。

以上就是關(guān)于java如何實(shí)現(xiàn)單例模式的內(nèi)容，如果你們有學(xué)習(xí)到知識或者技能，可以把它分享出去讓更多的人看到。

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