搜索
首页Javajava教程一起来分析java设计模式之单例

一起来分析java设计模式之单例

WBOYWBOYWBOYWBOYWBOYWBOYWBOYWBOYWBOYWBOYWBOYWBOYWB
WBOYWBOYWBOYWBOYWBOYWBOYWBOYWBOYWBOYWBOYWBOYWBOYWB
Nov 07, 2022 pm 04:56 PM
java设计模式kotlin

本篇文章给大家带来了关于java的相关知识， 其中主要介绍了关于设计模式中单例模式的相关内容，单例就一条基本原则是单例对象的类只会被初始化一次，下面一起来看一下，希望对大家有帮助。

一起来分析java设计模式之单例

推荐学习：《java视频教程》

单元素的枚举类型经常成为实现 Singleton 的最佳方法 。

什么是单例？就一条基本原则，单例对象的类只会被初始化一次。在 Java 中，我们可以说在 JVM 中只存在该类的唯一一个对象实例。在 Android 中，我们可以说在程序运行期间，该类有且仅有一个对象实例。

单例模式的简单实现步骤：

  • 构造方法私有，保证无法从外部通过 new 的方式创建对象。

  • 对外提供获取该类实例的静态方法。

  • 类的内部创建该类的对象，通过第 2 步的静态方法返回。

按照上述步骤写下你认为比较严谨的单例模式，然后看看你所写下的单例能否满足以下条件：

  • 你的单例按需加载吗？
  • 你的单例线程安全吗?涉及到并发三要素：原子性、可见性、有序性
  • 你的单例暴力反射和序列化安全吗？

一、饿汉式

//JAVA实现public class SingleTon {    //第三步创建唯一实例
    private static SingleTon instance = new SingleTon();    
    //第一步构造方法私有
    private SingleTon() {
    }    
    //第二步暴露静态方法返回唯一实例
    public static SingleTon getInstance() {        return instance;
    } 
}//Kotlin实现object SingleTon

优点：设计简单 ，解决了多线程实例化的问题。

缺点：在虚拟机加载SingleTon类的时候，将会在初始化阶段为类静态变量赋值，也就是在虚拟机加载该类的时候（此时可能并没有调用 getInstance 方法）就已经调用了 new SingleTon(); 创建了该对象的实例，之后不管这个实例对象用不用，都会占据内存空间。

二、懒汉式

//JAVA实现public class SingleTon {    //创建唯一实例
    private static SingleTon instance = null;    
    private SingleTon() {
    }    
    public static SingleTon getInstance() {        //延迟初始化 在第一次调用 getInstance 的时候创建对象
        if (instance == null) {
            instance = new SingleTon();
        }        return instance;
    } 
}//Kotlin实现class SingleTon private constructor() {    companion object {        private var instance: SingleTon? = null
            get() {                if (field == null) {
                    field = SingleTon()
                }                return field
            }        fun get(): SingleTon{            return instance!!
        }
    }
}

优点：设计也是比较简单的，和饿汉式不同，当这个Singleton被加载的时候，被static修饰的静态变量将会被初始化为null，这个时候并不会占用内存，而是当第一次调用getInstance方法的时候才会被初始化实例对象，按需创建。

缺点：在单线程环境下是没有问题的，在多线程环境下，会产生线程安全问题。在有两个线程同时 运行到了 instane == null这个语句，并且都通过了，那他们就会都各自实例化一个对象，这样就又不是单例了。

如何解决懒汉式在多线程环境下的多实例问题？

  • 静态内部类

    //JAVA实现public class SingleTon {    
    private static class InnerSingleton{        private static SingleTon singleTon  = new SingleTon();
    }    public SingleTon getInstance(){        return InnerSingleton.singleTon;
    }    
    private SingleTon() {
    }
}//kotlin实现class SingleTon private constructor() {
    companion object {        val instance = InnerSingleton.instance
    }    private object InnerSingleton {        val instance = SingleTon()
    }
}

  • 直接同步方法

    //JAVA实现public class SingleTon {    //创建唯一实例
    private static SingleTon instance = null;    
    private SingleTon() {
    }    
    public static synchronized SingleTon getInstance() {        if (instance == null) {
            instance = new SingleTon();
        }        return instance;
    } 
}//Kotlin实现class SingleTon private constructor() {  companion object {      private var instance: SingleTon? = null
          get() {              if (field == null) {
                  field = SingleTon()
              }              return field
          }      @Synchronized
      fun get(): SingleTon{          return instance!!
      }
  }
}

    优点：加锁只有一个线程能实例该对象，解决了线程安全问题。

    缺点：对于静态方法而言，synchronized关键字会锁住整个 Class，每次调用getInstance方法都会线程同步，效率十分低下，而且当创建好实例对象之后，也就不必继续进行同步了。

    备注：此处的synchronized保证了操作的原子性和内存可见性。

  • 同步代码块（双重检锁方式DCL）

    //JAVA实现 public class SingleTon {    //创建唯一实例
    private static volatile SingleTon instance = null;    
    private SingleTon() {
    }    
    public static SingleTon getInstance() {        if (instance == null) {
            synchronized (SingleTon.class) {   
                if (instance == null) {
                    instance = new SingleTon();
                }
            }
        }        return instance;
    } 
}//kotlin实现class SingleTon private constructor() {    companion object {        val instance: SingleTon by lazy(mode = LazyThreadSafetyMode.SYNCHRONIZED) {
            SingleTon() 
        }
  }
}
或者class SingleTon private constructor() {    companion object {        @Volatile private var instance: SingleTon? = null
        fun getInstance() =
              instance ?: synchronized(this) {
                  instance ?: SingleTon().also { instance = it }
              }
  }
}

    优点：添加了一个同步代码块，在同步代码块中去判断实例对象是否存在，如果不存在则去创建，这个时候其实就完全可以解决问题了，因为虽然是多个线程去获取实例对象，但是在同一个时间也只会有一个线程会进入到同步代码块，那么这个时候创建好对象之后，其他线程即便再次进入同步代码块，由于已经创建好了实例对象，便直接返回即可。但是为什么还要在同步代码块的上一步再次去判断instance为空呢？这个是由于当我们创建好实例对象之后，直接去判断此实例对象是否为空，如果不为空，则直接返回就好了，就避免再次进去同步代码块了，提高了性能。

    缺点：无法避免暴力反射创建对象。

    备注：此处的volatile发挥了内存可见性及防止指令重排序作用。

三、枚举实现单例

public enum SingletonEnum {    INSTANCE;    public static void main(String[] args) {        System.out.println(SingletonEnum.INSTANCE == SingletonEnum.INSTANCE);
    }
}

枚举实现单例是最为推荐的一种方法，因为就算通过序列化，反射等也没办法破坏单例性。(关于Android使用枚举会产生性能问题的说法，这应该是Android 2.x系统之前内存紧张的时代了，现在已经Android 13了，相信某些场合枚举所带来的便利远远大于这点所谓的性能影响)

四、如何避免单例模式反射攻击

以最初的DCL为测试案例，看看如何进行反射攻击及又如何在一定程度上避免反射攻击。反射攻击代码如下：

 public static void main(String[] args) {

     SingleTon singleton1 = SingleTon.getInstance();
     SingleTon singleton2 = null;

     try {
         Class<SingleTon> clazz = SingleTon.class;
         Constructor<SingleTon> constructor = clazz.getDeclaredConstructor();
         constructor.setAccessible(true);
         singleton2 = constructor.newInstance();
     } catch (Exception e) {
         e.printStackTrace();
     }

     System.out.println("singleton1.hashCode():" + singleton1.hashCode());
     System.out.println("singleton2.hashCode():" + singleton2.hashCode());
 }

执行结果：

 singleton1.hashCode():1296064247
 singleton2.hashCode():1637070917

通过执行结果发现通过反射破坏了单例。 如何保证反射安全呢？只能以暴制暴，当已经存在实例的时候再去调用构造函数直接抛出异常，对构造函数做如下修改：

  public class SingleTon {     //创建唯一实例
     private static volatile SingleTon instance = null;   
     private SingleTon() {         if (instance != null) {             throw new RuntimeException("单例构造器禁止反射调用");
         }
     }   
     public static SingleTon getInstance() {         if (instance == null) {
           synchronized (SingleTon.class) {   
               if (instance == null) {
                   instance = new SingleTon();
               }
           }
       }       return instance;
     } 
 }

此时可防御反射攻击,抛出异常如下：

 java.lang.reflect.InvocationTargetException
 at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance0(Native Method)
 at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance(NativeConstructorAccessorImpl.java:62)
 at sun.reflect.DelegatingConstructorAccessorImpl.newInstance(DelegatingConstructorAccessorImpl.java:45)
 at java.lang.reflect.Constructor.newInstance(Constructor.java:423)
 at com.imock.demo.TestUtil.testSingleInstance(TestUtil.java:45)
 at com.imock.demo.TestUtil.main(TestUtil.java:33)
 Caused by: java.lang.RuntimeException: 单例构造器禁止反射调用
 at com.imock.demo.SingleTon.<init>(SingleTon.java:16)
 ... 6 more Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException
 at com.imock.demo.TestUtil.testSingleInstance(TestUtil.java:49)
 at com.imock.demo.TestUtil.main(TestUtil.java:33) 
 Process finished with exit code 1

然后我们把上述测试代码修改如下（调换了singleton1的初始化顺序）：

 public static void main(String[] args) {
     SingleTon singleton2 = null;

     try {
         Class<SingleTon> clazz = SingleTon.class;
         Constructor<SingleTon> constructor = clazz.getDeclaredConstructor();
         constructor.setAccessible(true);
         singleton2 = constructor.newInstance();
     } catch (Exception e) {
         e.printStackTrace();
     }

     System.out.println("singleton2.hashCode():" + singleton2.hashCode());

     SingleTon singleton1 = SingleTon.getInstance(); //调换了位置，在反射之后执行
     System.out.println("singleton1.hashCode():" + singleton1.hashCode());
 }

执行结果：

 singleton2.hashCode():1296064247
 singleton1.hashCode():1637070917

发现此防御未起到作用。

缺点：

  • 如果反射攻击发生在正常调用getInstance之前，每次反射攻击都可以获取单例类的一个实例，因为即使私有构造器中使用了静态成员（instance） ，但单例对象并没有在类的初始化阶段被实例化，所以防御代码不生效，从而可以通过构造器的反射调用创建单例类的多个实例；
  • 如果反射攻击发生在正常调用之后，防御代码是可以生效的；

如何避免序列化攻击？只需要修改反序列化的逻辑就可以了，即重写 readResolve() 方法，使其返回统一实例。

   protected Object readResolve() {       return getInstance();
   }

脆弱不堪的单例模式经过重重考验，进化成了完全体，延迟加载，线程安全，反射及序列化安全。简易代码如下：

  • 饿汉模式

    public class SingleTon {    private static SingleTon instance = new SingleTon();    
    private SingleTon() {        if (instance != null) {              throw new RuntimeException("单例构造器禁止反射调用");
         }
    }    public static SingleTon getInstance() {        return instance;
    } 
}

  • 静态内部类

    public class SingleTon {    
    private static class InnerStaticClass{        private static SingleTon singleTon  = new SingleTon();
    }    public SingleTon getInstance(){        return InnerStaticClass.singleTon;
    }    
    private SingleTon() {       if (InnerStaticClass.singleTon != null) {           throw new RuntimeException("单例构造器禁止反射调用");
       }
    }
}

  • 懒汉模式

    public class SingleTon {    //创建唯一实例
    private static SingleTon instance = null;    
    private SingleTon() {        if (instance != null) {              throw new RuntimeException("单例构造器禁止反射调用");
        }
    }    
    public static SingleTon getInstance() {        //延迟初始化 在第一次调用 getInstance 的时候创建对象
        if (instance == null) {
            instance = new SingleTon();
        }        return instance;
    } 
}

    缺点：

    • 如果反射攻击发生在正常调用getInstance之前，每次反射攻击都可以获取单例类的一个实例，因为即使私有构造器中使用了静态成员（instance） ，但单例对象并没有在类的初始化阶段被实例化，所以防御代码不生效，从而可以通过构造器的反射调用创建单例类的多个实例；
    • 如果反射攻击发生在正常调用之后，防御代码是可以生效的。

（枚举实现单例是最为推荐的一种方法，因为就算通过序列化，反射等也没办法破坏单例性,底层实现比如newInstance方法内部判断枚举抛异常）

推荐学习：《java视频教程》

以上是一起来分析java设计模式之单例的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章！

声明
本文转载于：掘金。如有侵权，请联系admin@php.cn删除
相关文章
如何将Maven或Gradle用于高级Java项目管理，构建自动化和依赖性解决方案？如何将Maven或Gradle用于高级Java项目管理，构建自动化和依赖性解决方案？Mar 17, 2025 pm 05:46 PM

本文讨论了使用Maven和Gradle进行Java项目管理，构建自动化和依赖性解决方案，以比较其方法和优化策略。

如何使用适当的版本控制和依赖项管理创建和使用自定义Java库（JAR文件）？如何使用适当的版本控制和依赖项管理创建和使用自定义Java库（JAR文件）？Mar 17, 2025 pm 05:45 PM

本文使用Maven和Gradle之类的工具讨论了具有适当的版本控制和依赖关系管理的自定义Java库（JAR文件）的创建和使用。

如何使用咖啡因或Guava Cache等库在Java应用程序中实现多层缓存？如何使用咖啡因或Guava Cache等库在Java应用程序中实现多层缓存？Mar 17, 2025 pm 05:44 PM

本文讨论了使用咖啡因和Guava缓存在Java中实施多层缓存以提高应用程序性能。它涵盖设置，集成和绩效优势，以及配置和驱逐政策管理最佳PRA

如何将JPA（Java持久性API）用于具有高级功能（例如缓存和懒惰加载）的对象相关映射？如何将JPA（Java持久性API）用于具有高级功能（例如缓存和懒惰加载）的对象相关映射？Mar 17, 2025 pm 05:43 PM

本文讨论了使用JPA进行对象相关映射，并具有高级功能，例如缓存和懒惰加载。它涵盖了设置，实体映射和优化性能的最佳实践，同时突出潜在的陷阱。[159个字符]

Java的类负载机制如何起作用，包括不同的类载荷及其委托模型？Java的类负载机制如何起作用，包括不同的类载荷及其委托模型？Mar 17, 2025 pm 05:35 PM

Java的类上载涉及使用带有引导，扩展程序和应用程序类负载器的分层系统加载，链接和初始化类。父代授权模型确保首先加载核心类别，从而影响自定义类LOA

See all articles

热AI工具

Undresser.AI Undress

Undresser.AI Undress

人工智能驱动的应用程序，用于创建逼真的裸体照片

AI Clothes Remover

AI Clothes Remover

用于从照片中去除衣服的在线人工智能工具。

Undress AI Tool

Undress AI Tool

免费脱衣服图片

Clothoff.io

Clothoff.io

AI脱衣机

AI Hentai Generator

AI Hentai Generator

免费生成ai无尽的。

显示更多

热门文章

R.E.P.O.能量晶体解释及其做什么（黄色晶体）
3 周前By尊渡假赌尊渡假赌尊渡假赌
R.E.P.O.最佳图形设置
3 周前By尊渡假赌尊渡假赌尊渡假赌
刺客信条阴影：贝壳谜语解决方案
2 周前ByDDD
R.E.P.O.如果您听不到任何人，如何修复音频
3 周前By尊渡假赌尊渡假赌尊渡假赌
WWE 2K25：如何解锁Myrise中的所有内容
4 周前By尊渡假赌尊渡假赌尊渡假赌
显示更多

热工具

Dreamweaver Mac版

Dreamweaver Mac版

视觉化网页开发工具

SublimeText3 Mac版

SublimeText3 Mac版

神级代码编辑软件(SublimeText3)

SublimeText3 Linux新版

SublimeText3 Linux新版

SublimeText3 Linux最新版

WebStorm Mac版

WebStorm Mac版

好用的JavaScript开发工具

SecLists

SecLists

SecLists是最终安全测试人员的伙伴。它是一个包含各种类型列表的集合，这些列表在安全评估过程中经常使用，都在一个地方。SecLists通过方便地提供安全测试人员可能需要的所有列表，帮助提高安全测试的效率和生产力。列表类型包括用户名、密码、URL、模糊测试有效载荷、敏感数据模式、Web shell等等。测试人员只需将此存储库拉到新的测试机上，他就可以访问到所需的每种类型的列表。

显示更多

热门话题

gmail邮箱登陆入口在哪里
7488
15
CakePHP 教程
1377
52
steam的账户名称是什么格式
77
11
win11激活密钥永久
52
19
NYT连接提示和答案
19
40
显示更多