看完这篇单例模式，终于敢和面试官对线了

本是古典何须时尚 2021-09-01 05:37 322阅读 0赞

![format_png][]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 2020/8/8
     */
    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

1.  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。
2.  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。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>线程A</th> 
   <th>线程B</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>判断对象不为空</td> 
   <td><br></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><br></td> 
   <td>判断对象不为空</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><br></td> 
   <td>创建对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><br></td> 
   <td>返回对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>创建对象</td> 
   <td><br></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>返回对象</td> 
   <td><br></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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 2020/8/10
     */
    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 2020/8/10
     */
    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

*  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 2020/8/11
     */
    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 2020/8/112
     */
    public enum  Singleton {
        instance;
    
        public static Singleton getInstance(){
            return instance;
        }
    }

我们先看看枚举的本质

1.  枚举只能拥有私有的构造器
2.  枚举类实际上是一个继承Enum的一个final类
3.  枚举类不允许被反序列化，Enum重写了方法
4.  静态代码块中对final变量的值进行初始化
5.  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 2020/8/11
     */
    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** #

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[Docker]: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg2MjEwMjI1Mg%3D%3D&chksm=ce0e4b04f979c2127522c757d1d26fb1422aa94233686b2bad753555d41dbe3b552b3396fd13&idx=1&mid=2247498887&scene=21&sn=5d07989c92f61c486ed708722a3719aa#wechat_redirect
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