單例模式的幾種寫法和對比

1.餓漢
private static Singleton instance=new Singleton();

private static Singleton instance=null;
static {
instance=new Singleton();
}
其實就是在類加載時,準備階段里把類的屬性實例化,缺點是可能提前加載到內存。
2.線程不安全的懶漢
private static Singleton instance;
其實就是沒有任何鎖,用的時候再去判斷并初始化,有可能在判斷為空和執行初始化期間,別的線程完成了初始化
3.線程安全的懶漢
private static Singleton instance;
public synchronized Singleton getInstance(){}
其實就是為靜態方法加了類鎖,凡是用這個靜態函數的,一律加鎖,缺點就是鎖阻塞,影響效率
4.雙重校驗鎖
private volatile static Singleton instance;
private void Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
if(instance==null){
synchronized(Singleton.class){
if(instance==null){
instance=new Singleton();
}
}
}
}
用synchronized來實現鎖同步的實例化,因為獲取鎖之后會更新一次數據,所以要再檢查一次instance是否為空
注意,使用volatile主要是為了實現有序性,instance=new Singleton();實際上是3個指令(分配內存+實例化+指向引用),有可能遇到指令重排序導致出錯的問題,volatile會通過內存屏障,禁止重排序,順便可以用來實現可見性,減少資源消耗。
5.靜態內部類
private static class SingletonHolder{
private static final Singleton instance=new Singlton();
}
public static Singleton getInstance(){
return SingletonHolder.instance;
}
private void Singlton(){}
其實就是利用類的主動加載機制,只有在使用到靜態類的對象時,才去加載類,這樣靜態內部類一定是在getInstance時加載。
另外,靜態對象雖然天然只有方法區的一個實例,但也有被修改的可能,所以用final確保線程安全。
靜態內部類相比內部類來說,不能直接調用宿主類的函數,但是也擁有內部類的訪問權限,所以不受private限制
6.枚舉
public enum EnumSingleton{
INSTANCE;
private Singleton instance;
private EnumSingleton(){
instance=new Singleton();
}
public Singleton getInstance(){
return instance;
}
}
其實就是因為枚舉類型是static final類型,而且只能實例化一次,原理上其實和靜態內部類的寫法一樣。
單元素的枚舉類型已經成為實現Singleton的最佳方法。
多個classloader破壞單例
不同classloader加載的類不是同一個類,所以要避免多個classloader加載出多個單例對象。
這種情況下,可以考慮用當前線程的ClassLoader來加載類。
ClassLoader classLoader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
反射破壞單例
因為反射可以拿到constructor構造函數,所以調用構造函數的newInstance方法能破壞單例:

//獲得構造器
Constructor con = Singleton.class.getDeclaredConstructor();
//設置為可訪問
con.setAccessible(true);
//構造新的對象
Singleton singleton1 = (Singleton)con.newInstance();

對于需要構造函數的單例寫法來說,因為只是在正常情況下屏蔽了構造函數,所以可以用反射訪問到構造函數,破壞單例;
只有枚舉單例不能被反射破壞,因為枚舉單例在編譯后,其實是abstract類,無法初始化,而且Java在newInstanc時對Enum禁止。
反序列化破壞單例
如果單例是可序列化的,就很容易通過反序列化得到多個單例對象。因為ObjectInputStream的readResolve函數會反射執行構造函數,繞過單例的代碼限制機制。
注意,枚舉單例不能implement Serializable,否則readObject的特性“每次都返回新建的實例”會破壞單例。
這種情況下,可以考慮修改readResolve函數,返回餓漢的靜態單例對象。
public static Singleton INSTANCE = new Singleton();
private Object readResolve() {
return INSTANCE;
}
構造函數報錯
根據Initialization-on-demand holder idiom的提示,使用內部靜態類這種單利寫法時,需要確保構造函數不拋異常,例如:

    private SingletonClass() {
        throw new RuntimeException("exception in constructor");
    }

文章聲稱,這種情況會導致調用報錯,NoClassDefFoundError。
不過,當我們實際測試一下兩次調用,會發現兩次報錯不一樣:
第一次報錯其實是ExceptionInInitializerError,這是因為第一次調用SingletonClass.getInstance()時,需要加載目標類(懶加載),在加載過程中,執行構造函數失敗,所以報錯會是ExceptionInInitializerError。
第二次報錯因為第一次加載類失敗,類只會加載一次,而第一次的加載過程失敗了,所以會報NoClassDefFoundError,找不到目標類。

單例模式的七種寫法
為什么要用枚舉實現單例模式(避免反射、序列化問題)
Java transient關鍵字使用小記

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