终于我也敢跟面试官对线聊单例模式了

2020-08-19 本文已影响0人程序员麦冬

单例模式相信大家都很熟悉了，是一种很常用的设计模式，单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。作者曾经在一次面试中要求写出单例模式，想了想单例模式还是简单的，随手就写了如下代码。

/**
 * @author Meng
 * @date 2020/8/19
 */
public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton(){}

    public static Singleton getInstance(){
        if(instance==null){
            instance=new Singleton();
        }
        return instance;
    }

}

最后，不出意外的没有通过面试。原因如下

这段代码并没有保证线程是安全的，是有可能导致获取的对象不唯一。
这段代码是可以通过反射破坏单例模式，拿到多个相同的对象。

在多线程的情况下，一个线程已经进入到if里面的代码块但是还没有创建对象，突然切换到另外一个线程，就有可能导出创建的对象不一致。

至于通过反射破坏单例模式，我们则是通过setAccessible(true)来强行访问私有构造器，代码如下

public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException {
        Class<?> clazz=Singleton.class;
        Constructor<?> constructor = clazz.getDeclaredConstructor();
        constructor.setAccessible(true); //修改私有构造器的访问权限
        Singleton singleton=(Singleton)constructor.newInstance();
        Singleton singleton1=(Singleton)constructor.newInstance();
        System.out.println(singleton==singleton1); //输出为false，证明创建两个不一样的对象
    }

经过总结，一个单例模式的写法，我们需要关注以下几点。

如何确保线程安全
懒加载还是立刻加载(懒加载能避免资源浪费)
能否避免反射破坏单例模式，如何避免

一、饿汉模式

/**
 - @author Meng
 - @date 2020/8/19
 */
public class Singleton {
    private final static Singleton instance = new Singleton();

    private Singleton() {
        if (instance != null) {
            throw new RuntimeException("禁止通过反射构造对象");
        }
    }

    public static synchronized Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

饿汉模式的特点很明显，它在类初始化的时候会创建对象，而该过程执行在类初始化<client>(),而<client>()是线程安全的，因此不担心线程安全问题，但是缺点也容易明显，就算没有使用也会创建对象，容易浪费内存。同时构造器进行了判断，如果想通过反射也会抛出异常。

类加载就创建对象保证线程安全
立刻加载
能通过立刻加载+私有构造器判定确保不会被反射破坏

二、懒汉模式

懒汉模式，顾名思义，就是很懒，用到才创建对象，属于懒加载。作者一开始的例子就属于懒汉模式，因此我们需要为其确保线程安全。但是懒汉模式难以防止反射破坏,详情下面会分析

2.1 synchronized关键字

/**
 - @author Meng
 - @date 2020/8/19
 */
public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton (){
        if (instance != null) {
            throw new RuntimeException("禁止通过反射构造对象");
        }
    }

    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

简单粗暴，直接通过synchronized加锁达到了线程安全，也像饿汉模式一样在构造函数进行了判断防止反射破坏。但是真的能防止反射吗？它防止的只是先正常获取对象，再反射，但是其实可以通过先反射，再正常的获取对象，拿到两个对象。代码如下

/**
 - @author Meng
 - @date 2020/8/19
 */
public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton (){
        if (instance != null) {
            throw new RuntimeException("禁止通过反射构造对象");
        }
    }

    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

synchronized 对整个方法加锁保证线程安全,但可能牺牲性能
懒加载
不能避免反射破坏

2.2 双重检测锁

/**
 - @author Meng
 - @date 2020/8/19
 */
public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;
    private Singleton (){
        if (instance != null) {
            throw new RuntimeException("禁止通过反射构造对象");
        }
    }
    public Singleton getInstance() {
        if (null == instance) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (null == instance) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

该方法不是对整个方法加锁，而是先进行判断，再对类进行加锁,同时使用volatile避免指令的重排序（需要jdk1.5以后）,volatile关键字的作用这里就不细谈了。至于防止反射破坏，与上面的一样，是不能避免的。

volatile(jdk>1.5)+判定+对类加锁确保线程安全
懒加载
不能防止反射破坏

三、[推]枚举模式

/**
 3\. @author Meng
 4\. @create 2020/8/19
 */
public enum  Singleton {
    instance;

    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

我们先看看枚举的本质

枚举只能拥有私有的构造器
枚举类实际上是一个继承Enum的一个final类
枚举类不允许被反序列化，Enum重写了方法
静态代码块中对final变量的值进行初始化
enum类最终是一个final class

枚举是线程安全的，因为枚举类里的枚举会在静态代码块创建对象，而该过程执行在类初始化<client>(),而<client>()是线程安全的

枚举天生就是线程安全的
并非懒加载
java禁止对枚举反射，从而保证不会被反射破坏

四、[推]Holder模式

接下来就是作者最喜欢的Holder模式，虽然枚举模式已经十分的完美，但是面向对象还是更多人喜欢Class而不是Enum.Holder模式说白了就是通过静态内部类来实现，先看代码

/**
 * @author Meng
 * @date 2020/8/19
 */
public class Singleton {
    private Singleton() {
        if(Holder.instance!=null) {
            throw new RuntimeException("禁止通过反射构造对象");
        }
    }
    private static class Holder {
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance() {
        return Holder.instance;
    }
}

在调用getInstance方法的时候，Holder类才会被加载（这里可以去看下类加载的时机）,到了初始化阶段会对静态变量instance赋值，属于<clinit>()过程，而该过程是保证线程安全的，静态内部类在用到时候才会加载，因此该模式属于延迟加载，与饿汉模式类似，私有构造方法进行判定避免了反射破坏。

线程安全
静态内部类需要时才会加载，属于懒加载
能够避免反射破坏

五、总结

最后

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