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java如何實現(xiàn)單例模式

發(fā)布時間：2020-07-18 17:16:19 來源：億速云 閱讀：166 作者：小豬 欄目：編程語言

這篇文章主要為大家展示了java如何實現(xiàn)單例模式，內容簡而易懂，希望大家可以學習一下，學習完之后肯定會有收獲的，下面讓小編帶大家一起來看看吧。

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());
 }
}//運行結果如下：589873731
589873731

2.類加載時不初始化實例的模式

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

public class SingletonV2 
{ private static SingletonV2 instance; //構造函數(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不會生成實例，但是存在線程安全問題，如果線程A在執(zhí)行到第10行時，線程B也進入該代碼塊，恰好也執(zhí)行好第10行，此時如果實例尚未生成，則線程A和線程B都會執(zhí)行第12行的代碼，各自生成一個實例，此時就違背了單例模式的設計原則。實際測試代碼如下：

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();
 }
 }
 }
 
}

經過多次測試，可能產生如下輸出結果：

java如何實現(xiàn)單例模式

3.線程安全的單例模式

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

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

 增加sychronized關鍵字后，確實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，此時如果有1000個線程都需要使用SingletonV3實例，因為加鎖的位置在getInstance上，因此，每個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，才能夠進入該方法并獲取自己的實例。

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上，只有當Singleton實例未被初始化時，對實例化方法加鎖即可。在Singleton實例已經被初始化時，無需加鎖，直接返回當前Singleton對象。代碼如下：

 private static SingletonV4 instance; 
 
 //構造函數(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關鍵字的存在。性能多多少少還是會有一些影響，此時，我們想到了 "內部類"的用法。

　?、?內部類不會隨著類的加載而加載

　　②.一個類被加載，當且僅當其某個靜態(tài)成員（靜態(tài)域、構造器、靜態(tài)方法等）被調用時發(fā)生。

　　靜態(tài)內部類隨著方法調用而被加載，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)內部類實現(xiàn)的單例模式，是目前比較推薦的方式，但是在java功能強大反射的機制下，它就是個弟弟，此時利用反射仍然能夠創(chuàng)建出多個實例，以下是創(chuàng)建實例的代碼：

 @Test
 public void test4() 
 { 
 //普通方式獲取實例s1，s2 
 SingletonV5 s1 = SingletonV5.getInstance(); 
 SingletonV5 s2 = SingletonV5.getInstance(); 
 //利用反射獲取實例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，因此他們是同一個實例，但是s3、s4，是通過反射后用構造函數(shù)重新構造生成的實例，他們均與s1，s2不同。此時單例模式下產生了多個不同的對象，違反了設計原則。

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

public class SingletonV6 { //是否已經初始化過的標記位
 private static boolean isInitialized = false; 
 //構造函數(shù)中，當實例已經被初始化時，不能繼續(xù)獲取新實例
 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());
 }

運行上述代碼時，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

經過上述改進，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生兩個不同的實例，那就是序列化。當一個對象A經過序列化，然后再反序列化，獲取到的對象B和A是否是同一個實例呢，驗證代碼如下：

/**
 * @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();
 }
 }

}

輸出結果如下：

1118140819
990368553

可見，此時序列化前的對象s1和經過序列化->反序列化步驟后的到的對象s2，并不是同一個對象，因此，出現(xiàn)了兩個實例，再次違背了單例模式的設計原則。

為了消除問題，在單例模式類中，實現(xiàn)Serializable接口之后 添加對readResolve()方法的實現(xiàn)：當從I/O流中讀取對象時，readResolve()方法都會被調用到。實際上就是用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{ //是否已經初始化過的標記位
 private static boolean isInitialized = false; 
 //構造函數(shù)中，當實例已經被初始化時，不能繼續(xù)獲取新實例
 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;
 } //實現(xiàn)readResolve方法
 private Object readResolve() 
 { return getInstance();
 }
}

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

1118140819
1118140819

8.總結

在實際開發(fā)中，根據自己的需要，選擇對應的單例模式即可，不一樣非要實現(xiàn)第7節(jié)中那種無堅不摧的單例模式。畢竟不是所有場景下都需要實現(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，內部類單例模式，代碼簡潔明了，且節(jié)省空間。

以上就是關于java如何實現(xiàn)單例模式的內容，如果你們有學習到知識或者技能，可以把它分享出去讓更多的人看到。

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