一肄渗、寫在前面

在Java眾多的設(shè)計(jì)模式當(dāng)中后雷，單例模式算是用的最多的設(shè)計(jì)模式之一了季惯，接下來(lái)我將介紹一下市面上常用的幾種寫法以及各自的優(yōu)缺點(diǎn)分析，廢話不多說(shuō)直接進(jìn)入正題臀突。

二勉抓、單例模式常見寫法

眾所周知“單例”顧名思義就是一個(gè)類只能有一個(gè)實(shí)例，就好比一個(gè)國(guó)家只能有一個(gè)政府一樣候学，單例模式在寫法上基本都有一個(gè)共同點(diǎn)：通過私有化構(gòu)造器從而屏蔽掉外部類創(chuàng)建實(shí)例的可能（排除通過反射和反序列化操作）藕筋，下面我就通過政府Government這個(gè)類來(lái)實(shí)現(xiàn)幾種不同的單例模式。

2.1 餓漢式

餓漢式即無(wú)論程序后面用不用的到這個(gè)實(shí)例梳码，它都會(huì)在加載該類的時(shí)候就創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例隐圾。然后通過一個(gè)getInstance()的靜態(tài)方法來(lái)獲取該實(shí)例。下面是具體實(shí)現(xiàn)邏輯：

public class Government {
    private static Government INSTANCE = new Government();

    private Government() {
    }

    public static Government getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

優(yōu)點(diǎn)：
(1)餓漢式是典型的空間換時(shí)間掰茶，當(dāng)類裝載的時(shí)候就會(huì)創(chuàng)建類實(shí)例暇藏，不管你用不用，先創(chuàng)建出來(lái)濒蒋，然后每次調(diào)用的時(shí)候盐碱，就不需要再判斷了，節(jié)省了運(yùn)行時(shí)間。
(2) 餓漢式是線程安全的瓮顽，因?yàn)樘摂M機(jī)保證只會(huì)裝載一次县好，在裝載類的時(shí)候是不會(huì)發(fā)生并發(fā)的。
缺點(diǎn):
(1)在沒用到的時(shí)候就創(chuàng)建出實(shí)例趣倾，導(dǎo)致浪費(fèi)內(nèi)存空間聘惦。
(2)在使用反射和反序列話時(shí)候會(huì)導(dǎo)致創(chuàng)建出多個(gè)實(shí)例的問題。例如以下測(cè)試代碼你就會(huì)發(fā)現(xiàn)該問題儒恋。（Government類需要實(shí)現(xiàn)Serializable接口）

       public static void main(String[] args) {
        Government instance1 = Government.getInstance();
        Government instance2 = Government.getInstance();
        System.out.println(instance1);
        System.out.println(instance2);

        try {
            //通過反射獲取實(shí)例3
            Class<Government> governmentClass1 = (Class<Government>) Class.forName("com.example.singlemode.Government");
            Constructor<Government> constructor1 = governmentClass1.getDeclaredConstructor(null);
            constructor1.setAccessible(true);
            Government instance3 = constructor1.newInstance();

            //通過反射獲取實(shí)例4
            Class<Government> governmentClass2 = (Class<Government>) Class.forName("com.example.singlemode.Government");
            Constructor<Government> constructor2 = governmentClass2.getDeclaredConstructor(null);
            constructor2.setAccessible(true);
            Government instance4 = constructor2.newInstance();

            System.out.println(instance3);
            System.out.println(instance4);

            //通過反序列化獲取實(shí)例對(duì)象
            //1.將instance1寫入到磁盤
            FileOutputStream fos = new FileOutputStream("object.out");
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
            oos.writeObject(instance1);
            oos.close();

            // 2. 把硬盤文件上的對(duì)象讀出來(lái)
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("object.out"));
            Government instance5 = (Government) ois.readObject();
            ois.close();

            System.out.println(instance5);

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

執(zhí)行結(jié)果：

com.example.singlemode.Government@511d50c0
com.example.singlemode.Government@511d50c0
com.example.singlemode.Government@60e53b93
com.example.singlemode.Government@5e2de80c
com.example.singlemode.Government@6f496d9f

你會(huì)發(fā)現(xiàn)1善绎，2通過getInstance()方法獲取的實(shí)例相同，3诫尽，4通過反射獲取到的實(shí)例不同禀酱，這就是反射導(dǎo)致的獲取多個(gè)實(shí)例的問題，5通過將1的實(shí)例寫入磁盤在反序列化獲取的實(shí)例和1之前的也不同牧嫉，這就是反序列化導(dǎo)致的獲取到不同實(shí)例的問題剂跟。

針對(duì)這兩個(gè)問題可以采取以下方式避免，代碼如下：

public class Government implements Serializable{
    private static Government INSTANCE = new Government();

    private Government() {
        //解決反射問題酣藻，一旦通過反射調(diào)用構(gòu)造器創(chuàng)建對(duì)象后就拋出異常
        if (null != INSTANCE) {
            throw new RuntimeException();
        }
    }

    public static Government getInstance() {
        return INSTANCE;
    }

    // 防止反序列化獲取多個(gè)對(duì)象的漏洞曹洽。
    // 無(wú)論是實(shí)現(xiàn)Serializable接口，或是Externalizable接口辽剧，當(dāng)從I/O流中讀取對(duì)象時(shí)送淆，readResolve()方法都會(huì)被調(diào)用到。
    // 實(shí)際上就是用readResolve()中返回的對(duì)象直接替換在反序列化過程中創(chuàng)建的對(duì)象怕轿。
    private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
        return INSTANCE;
    }
}

再次運(yùn)行之前的代碼會(huì)發(fā)現(xiàn)執(zhí)行到反射獲取對(duì)象的地方時(shí)候回拋出異常：

解決反射導(dǎo)致多實(shí)例問題.png

先將反射獲取對(duì)象的代碼注釋掉偷崩，然后看反序列化運(yùn)行的結(jié)果：

com.example.singlemode.Government@511d50c0
com.example.singlemode.Government@511d50c0
com.example.singlemode.Government@511d50c0

最后一個(gè)是反序列化的，發(fā)現(xiàn)和之前的是同一個(gè)實(shí)例撞羽。這就說(shuō)明解決了這兩個(gè)問題阐斜。

2.2 懶漢式

和餓漢式不同之處就在于屎鳍，它是采用懶加載在用到的時(shí)候才會(huì)去創(chuàng)建,代碼實(shí)現(xiàn)如下：

public class Government {
   private static Government INSTANCE;

   private Government() {
   }

   public static Government getInstance() {
       if (INSTANCE == null) {
           INSTANCE = new Government();
       }
       return INSTANCE;
   }

}

優(yōu)點(diǎn)：
(1) 如果一直沒有使用的話萨蚕，那就不會(huì)創(chuàng)建實(shí)例试幽，節(jié)約內(nèi)存空間
缺點(diǎn)：
(1)每次獲取實(shí)例都會(huì)進(jìn)行判斷综苔，看是否需要?jiǎng)?chuàng)建實(shí)例扛伍，浪費(fèi)判斷的時(shí)間稚伍。
(2)從線程安全性上講床三，不加同步的懶漢式是線程不安全的酥泛，比如惕澎，有兩個(gè)線程莉测，一個(gè)是線程A，一個(gè)是線程B唧喉，它們同時(shí)調(diào)用getInstance方法捣卤，那就可能導(dǎo)致并發(fā)問題忍抽。
(3)在使用反射和反序列話時(shí)候會(huì)導(dǎo)致創(chuàng)建出多個(gè)實(shí)例的問題。解決方式和之前餓漢式的相似這里不做過多說(shuō)明董朝。

2.3 DoubleCheck式

DoubleCheck式也叫雙重檢查式鸠项，主要是進(jìn)行了兩重判空操作,同時(shí)增加了同步鎖具體實(shí)現(xiàn)如下：

public class Government implements Serializable{
    private volatile static Government INSTANCE;

    private Government() {
    }

    public static Government getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {
            synchronized (Government.class){
                if (INSTANCE==null){
                    INSTANCE = new Government();
                }
            }
        }
        return INSTANCE;
    }
}

優(yōu)點(diǎn)：
(1) 一直沒有使用的話，那就不會(huì)創(chuàng)建實(shí)例子姜，節(jié)約內(nèi)存空間
(2)加了同步鎖祟绊，線程安全
缺點(diǎn)：
(1)每次獲取實(shí)例都會(huì)進(jìn)行判斷,第一次會(huì)持有同步鎖，浪費(fèi)判斷的時(shí)間和性能損耗哥捕。
(2)在使用反射和反序列話時(shí)候會(huì)導(dǎo)致創(chuàng)建出多個(gè)實(shí)例的問題牧抽。解決方式和之前餓漢式的相似這里不做過多說(shuō)明。

2.4 靜態(tài)內(nèi)部類式

靜態(tài)內(nèi)部類實(shí)現(xiàn)方式（也是一種懶加載方式）遥赚，具體實(shí)現(xiàn)如下：

public class Government implements Serializable{

    private static class GovernmentHolder{
        private static final Government INSTANCE = new Government();
    }

    private Government() {
    }

    public static Government getInstance() {
        return GovernmentHolder.INSTANCE;
    }
}

優(yōu)點(diǎn)：
(1) 一直沒有使用的話扬舒，那就不會(huì)創(chuàng)建實(shí)例，節(jié)約內(nèi)存空間
(2)采用靜態(tài)內(nèi)部類凫佛，線程安全
缺點(diǎn)：
(1)每次獲取實(shí)例都會(huì)進(jìn)行判斷和持有同步鎖讲坎，浪費(fèi)判斷的時(shí)間和性能損耗。
(2)在使用反射和反序列話時(shí)候會(huì)導(dǎo)致創(chuàng)建出多個(gè)實(shí)例的問題愧薛。解決方式和之前餓漢式的相似這里不做過多說(shuō)明晨炕。

2.5 枚舉式

枚舉式絕對(duì)是這五種里堪稱最完美的模式，簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的一點(diǎn)代碼就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)線程安全毫炉，lazy loading的單例瓮栗，與其說(shuō)是寫法鬼斧神工，不如說(shuō)是恰如其分地應(yīng)用了enum的性質(zhì)碘箍。

public enum  Government {
    INSTANCE
}

首先遵馆，我們都知道enum是由class實(shí)現(xiàn)的鲸郊，換言之丰榴，enum可以實(shí)現(xiàn)很多class的內(nèi)容，包括可以有member和member function秆撮，這也是我們可以用enum作為一個(gè)類來(lái)實(shí)現(xiàn)單例的基礎(chǔ)四濒。另外，由于enum是通過繼承了Enum類實(shí)現(xiàn)的职辨，enum結(jié)構(gòu)不能夠作為子類繼承其他類盗蟆，但是可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)接口。此外舒裤，enum類也不能夠被繼承喳资，在反編譯中，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)該類是final的腾供。
其次仆邓，enum有且僅有private的構(gòu)造器鲜滩，防止外部的額外構(gòu)造，這恰好和單例模式吻合节值，也為保證單例性做了一個(gè)鋪墊徙硅。這里展開說(shuō)下這個(gè)private構(gòu)造器，如果我們不去手寫構(gòu)造器搞疗，則會(huì)有一個(gè)默認(rèn)的空參構(gòu)造器嗓蘑，我們也可以通過給枚舉變量參量來(lái)實(shí)現(xiàn)類的初始化,例如：

public enum Color{
    RED(1),GREEN(2),BLUE(3);
    private int code;
    Color(int code){
        this.code=code;
    }
    public int getCode(){
        return code;
    }
}

三、總結(jié)

單例模式的實(shí)現(xiàn)形式有多種匿乃，在使用的時(shí)候根據(jù)需要恰當(dāng)?shù)倪x擇實(shí)現(xiàn)形式桩皿。本文內(nèi)容算是自己對(duì)單例模式的一些認(rèn)識(shí)和理解，也是參考了一些前輩們的思路扳埂，這里向他們致謝业簿。如有錯(cuò)誤望大家指正。