设计模式01——单例模式
一、分类（Group Of Four/GOF 23）
设计模式一定要运用到具体应用中。
创建型模式：单例模式、工厂模式、抽象工厂模式、创建者模式、原型模式。
结构性模式：适配器模式、桥接模式、装饰模式、组合模式、外观模式、享元模式、代理模式。
行为型模式：模版方法模式、命令模式、迭代器模式、观察者模式、中介者模式、备忘录模式、解释器模式、状态模式、策略模式、责任链模式、访问者模式。
二、单例模式
-
作用
保证一个类只有一个对象，并且提供一个访问该实例的全局访问点。 -
应用场景
任务管理器、配置文件、日志管理、数据库连接池、OS文件系统、Servlet中的Application对象、Spring中的Bean。 -
优点
内存占用和系统开销小。 -
实现
主要：
（1）饿汉式
构造器私有，类初始化时（天然线程安全过程）就加载这个对象（static）。
线程安全、调用效率高，不能延时加载。
/**
* 饿汉式单例模式
*/
class SingletonPattern01 {
// 类加载时对象就创建了
private static /*final*/ SingletonPattern01 instance = new SingletonPattern01();
private SingletonPattern01() {
}
public static SingletonPattern01 getInstance() {
return instance;
}
}
（2）懒汉式
懒加载，需要时才加载，但是需要考虑同步synchronized。
线程安全、资源利用率高，延时加载、并发效率低。
/**
* 懒汉式单例模式
*/
class SingletonPattern02 {
private static SingletonPattern02 instance;
private SingletonPattern02() {
}
// 延时加载
public static synchronized SingletonPattern02 getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new SingletonPattern02();
}
return instance;
}
}
其他：
（3）双重检测锁式（由于JVM底层内部模型原因，偶尔会出问题，不推荐）
同步方法优化为两个同步块，放在if内部。
隐患：实力对象过程可分为1.分配内存空间；2.初始化对象；3.将对象指向刚分配的内存空间。有些编译器为了性能问题可能将2、3步重排序，导致一个线程访问已分配内存空间的对象，还对象没有完成初始化的情况发生。
解决：给对象添加volatile关键词，将对象存放在内存中而非缓存。
/**
* 双重检测锁式单例模式
*/
class SingletonPattern03 {
// 添加volatile关键字
private volatile static SingletonPattern03 instance;
private SingletonPattern03() {
}
public static SingletonPattern03 getInstance(){
// 提高检测效率
if (instance == null) {
synchronized (SingletonPattern03.class) {
// 可能有多线程同时进入同步块内
if (instance == null) {
instance = new SingletonPattern03();
}
}
}
return instance;
}
}
（4）静态内部类式（线程安全、调用效率高，延时加载）
优化注意：线程安全、调用效率高、懒加载
静态内部类的加载不需要依附外部类，在使用时才加载，不过在加载静态内部类的过程中也会加载外部类。
/**
* 静态内部类式单例模式
*/
class SingletonPattern04 {
// 静态内部类在使用时加载，天然线程安全
private static class SingletonPatternClassInstance {
// 保证只有一个，且只能赋值一次
private static final SingletonPattern04 instance = new SingletonPattern04();
}
public static SingletonPattern04 getInstance() {
return SingletonPatternClassInstance.instance;
}
private SingletonPattern04() {
}
}
问题：即使构造器私有了，也可以通过反射来调用。
（5）枚举单例（线程安全、调用效率高，不能延时加载）
可以天然防止反射和反序列化，基于JVM底层实现的。4、5较优。
/**
* 枚举式单例模式
*/
enum SingletonPattern05 {
// 枚举元素本身就是单例的，INSTANCE就是SingletonPattern05的一个单例
INSTANCE;
// 添加需要的操作
public void singletonPatternOperation() {
}
}
- 反射破解
通过c.setAccessible(true);跳过私有构造器保护。
public static void main(String[] args) throw Exception {
Class<SingletonPattern01> clazz = (Class<SingletonPattern01>) Class.forName("com.ustc.designpattern.SingletonPattern01");
Constructor<SingletonPattern01> c = clazz.getDeclaredConstructor(null);
c.setAccessible(true);
SingletonPattern01 s3 = c.newInstance();
SingletonPattern01 s4 = c.newInstance();
}
解决：在私有构造器时添加判断，反射操作时抛出异常。
private SingletonPattern01() {
if (instance != null) {
throw new RuntimeException();
}
}
- 反序列化破解
public static void main(String[] args) throw Exception {
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("${url}");
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
oos.writeObject(s1);
oos.close();
fos.close();
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("${url}"));
SingletonPattern01 s5 = (SingletonPattern01) ois.readObject();
}
解决：定义readResolve（）方法，直接返回此方法中的反序列化对象，而不需要新创建
private Object readResolve() throw ObjectStreamException {
return instance;
}
- 性能比较
CountDownLatch：
同步辅助类，在完成一组正在其他线程执行的操作之前，它允许一个或多个线程一直等待。
coutDown（）当前线程调用此方法，则计数减一，放在finally里执行；
await（），调用此方法会一直阻塞当前进程，知道计时器的值为0。