java如何实现单例模式
这篇文章主要为大家展示了java如何实现单例模式，内容简而易懂，希望大家可以学习一下，学习完之后肯定会有收获的，下面让小编带大家一起来看看吧。
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1.最基本的单例模式
/**
* @author LearnAndGet
* @time 2018年11月13日
* 最基本的单例模式 */public class SingletonV1 {
private static SingletonV1 instance = new SingletonV1();;
//构造函数私有化
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());
}
}//运行结果如下：589873731
5898737312.类加载时不初始化实例的模式
上述单例模式在类加载的时候，就会生成实例，可能造成空间浪费，如果需要修改成，在需要使用时才生成实例，则可修改代码如下：
public class SingletonV2
{ private static SingletonV2 instance; //构造函数私有化
private SingletonV2() {}
public static SingletonV2 getInstance()
{ if(instance == null)
{ instance = new SingletonV2();
}
return instance; }
}然而，上述方案虽然在类加载时不会生成实例，但是存在线程安全问题，如果线程A在执行到第10行时，线程B也进入该代码块，恰好也执行好第10行，此时如果实例尚未生成，则线程A和线程B都会执行第12行的代码，各自生成一个实例，此时就违背了单例模式的设计原则。实际测试代码如下：
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();
}
}
}
}经过多次测试，可能产生如下输出结果：
3.线程安全的单例模式
在上述单例模式下进行改进，在getInstance方法前加入 Sychronized关键字，来实现线程安全，修改后代码如下：
public class SingletonV3 {
private static SingletonV3 instance;
//构造函数私有化
private SingletonV3() {}
//synchronized关键字在静态方法上，锁定的是当前类：
public static synchronized SingletonV3 getInstance()
{
if(instance == null)
{
instance = new SingletonV3();
}
return instance;
}
}增加sychronized关键字后，确实能够改善线程安全问题，但是也带来了额外的锁开销。性能受到一定影响。举例来说，此时如果有1000个线程都需要使用SingletonV3实例，因为加锁的位置在getInstance上，因此，每个线程都必须等待其他获取了锁的线程完全执行完锁中的方法后，才能够进入该方法并获取自己的实例。
4.双重校检+线程安全单例模式
于是可以在上述代码的基础上，只有当Singleton实例未被初始化时，对实例化方法加锁即可。在Singleton实例已经被初始化时，无需加锁，直接返回当前Singleton对象。代码如下：
private static SingletonV4 instance;
//构造函数私有化
private SingletonV4() {}
public static SingletonV4 getInstance()
{
if(instance == null)
{
synchronized(SingletonV4.class)
{
//双重校检
if(instance == null)
{
instance = new SingletonV4();
}
}
}
return instance;
}5.内部类单例模式
尽管上述方案解决了同步问题，双重校检也使得性能开销大大减小，但是，只有有synchronized关键字的存在。性能多多少少还是会有一些影响，此时，我们想到了 "内部类"的用法。
①.内部类不会随着类的加载而加载
②.一个类被加载，当且仅当其某个静态成员（静态域、构造器、静态方法等）被调用时发生。
静态内部类随着方法调用而被加载，只加载一次，不存在并发问题，所以是线程安全。基于此，修改代码如下：
public class SingletonV5 {
//构造函数私有化
private SingletonV5() {}
static class SingetonGet
{
private static final SingletonV5 instance = new SingletonV5();
}
public static SingletonV5 getInstance()
{
return SingetonGet.instance;
}
}6.反射都不能破坏的单例模式
静态内部类实现的单例模式，是目前比较推荐的方式，但是在java功能强大反射的机制下，它就是个弟弟，此时利用反射仍然能够创建出多个实例，以下是创建实例的代码：
@Test
public void test4()
{
//普通方式获取实例s1，s2
SingletonV5 s1 = SingletonV5.getInstance();
SingletonV5 s2 = SingletonV5.getInstance();
//利用反射获取实例s3,s4
SingletonV5 s3 = null;
SingletonV5 s4 = null;
try
{
Class clazz = SingletonV5.class;
Constructor 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());
} 输出结果如下：
589873731
589873731
200006406
2052001577
可以看到，s1和s2拥有相同的哈希码，因此他们是同一个实例，但是s3、s4，是通过反射后用构造函数重新构造生成的实例，他们均与s1，s2不同。此时单例模式下产生了多个不同的对象，违反了设计原则。
基于上述反射可能造成的单例模式失效，考虑在私有的构造函数中添加是否初始化的标记位，使私有构造方法只可能被执行一次。
public class SingletonV6 { //是否已经初始化过的标记位
private static boolean isInitialized = false;
//构造函数中，当实例已经被初始化时，不能继续获取新实例
private SingletonV6()
{ synchronized(SingletonV6.class)
{ if(isInitialized == false)
{
isInitialized = !isInitialized;
}else
{ throw new RuntimeException("单例模式被破坏...");
}
}
} static class SingetonGet
{ private static final SingletonV6 instance = new SingletonV6();
}
public static SingletonV6 getInstance()
{ return SingetonGet.instance;
}
}测试代码如下：
@Test public void test5()
{
SingletonV6 s1 = SingletonV6.getInstance();
SingletonV6 s2 = null; try
{
Class clazz = SingletonV6.class;
Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor();
constructor.setAccessible(true);
s2 = constructor.newInstance();
}catch(Exception e)
{
e.printStackTrace();
}
System.out.println(s1.hashCode());
System.out.println(s2.hashCode());
} 运行上述代码时，会抛出异常：
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: 单例模式被破坏... at SingletonTest.SingletonV6.(SingletonV6.java:26) ... 28 more2052001577
7.序列化反序列化都不能破坏的单例模式
经过上述改进，反射也不能够破坏单例模式了。但是，依然存在一种可能造成上述单例模式产生两个不同的实例，那就是序列化。当一个对象A经过序列化，然后再反序列化，获取到的对象B和A是否是同一个实例呢，验证代码如下：
/**
* @Author {LearnAndGet}
* @Time 2018年11月13日
* @Discription:测试序列化并反序列化是否还是同一对象 */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 { //将s1序列化（记得将Singleton实现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();
}
}
}输出结果如下：
1118140819
990368553
可见，此时序列化前的对象s1和经过序列化->反序列化步骤后的到的对象s2，并不是同一个对象，因此，出现了两个实例，再次违背了单例模式的设计原则。
为了消除问题，在单例模式类中，实现Serializable接口之后 添加对readResolve()方法的实现：当从I/O流中读取对象时，readResolve()方法都会被调用到。实际上就是用readResolve()中返回的对象直接替换在反序列化过程中创建的对象，而被创建的对象则会被垃圾回收掉。这就确保了在序列化和反序列化的过程中没人可以创建新的实例,修改后的代码如下：
package SingletonTest;import java.io.Serializable;/**
* @author LearnAndGet
*
* @time 2018年11月13日
*
*/public class SingletonV6 implements Serializable{ //是否已经初始化过的标记位
private static boolean isInitialized = false;
//构造函数中，当实例已经被初始化时，不能继续获取新实例
private SingletonV6()
{ synchronized(SingletonV6.class)
{ if(isInitialized == false)
{
isInitialized = !isInitialized;
}else
{ throw new RuntimeException("单例模式被破坏...");
}
}
} static class SingetonGet
{ private static final SingletonV6 instance = new SingletonV6();
}
public static SingletonV6 getInstance()
{ return SingetonGet.instance;
} //实现readResolve方法
private Object readResolve()
{ return getInstance();
}
}重新运行上述序列化和反序列过程，可以发现，此时得到的对象是同一对象。
1118140819
1118140819
8.总结
在实际开发中，根据自己的需要，选择对应的单例模式即可，不一样非要实现第7节中那种无坚不摧的单例模式。毕竟不是所有场景下都需要实现序列化接口， 也并不是所有人都会用反射来破坏单例模式。因此比较常用的是第5节中的，内部类单例模式，代码简洁明了，且节省空间。
以上就是关于java如何实现单例模式的内容，如果你们有学习到知识或者技能，可以把它分享出去让更多的人看到。
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