Java單例模式的創(chuàng)建,破壞和防破壞詳解
前言
大家所熟知的單例模式只能創(chuàng)建唯一一個(gè)實(shí)例，今天我們介紹幾種常見的單例模式，同時(shí)說一說如何破壞單例模式，同時(shí)又怎么來防破壞。
單例模式
單例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最簡單的設(shè)計(jì)模式之一。這種類型的設(shè)計(jì)模式屬于創(chuàng)建型模式，它提供了一種創(chuàng)建對象的最佳方式。
這種模式涉及到一個(gè)單一的類，該類負(fù)責(zé)創(chuàng)建自己的對象，同時(shí)確保只有單個(gè)對象被創(chuàng)建。這個(gè)類提供了一種訪問其唯一的對象的方式，可以直接訪問，不需要實(shí)例化該類的對象。
1、單例類只能有一個(gè)實(shí)例。
2、單例類必須自己創(chuàng)建自己的唯一實(shí)例。
3、單例類必須給所有其他對象提供這一實(shí)例。
單例模式的幾種實(shí)現(xiàn)方式
懶漢式，線程不安全
下面的懶漢式是線程不安全的，支持懶加載，因?yàn)闆]有加鎖 synchronized，所以嚴(yán)格意義上它并不算單例模式。
樣例代碼：
public class Singleton{
private static Singleton instance;
private Singleton(){
}
public static Singleton getInstance(){
if(instance == null){
return new Singleton();
}
return instance;
}
}
懶漢式，線程安全
下面的這種方式可以保證線程安全，支持懶加載，優(yōu)點(diǎn)是第一次調(diào)用才初始化，避免內(nèi)存浪費(fèi)。缺點(diǎn)是必須加鎖synchronized 才能保證單例，但加鎖會(huì)影響效率。
樣例代碼：
public class Singleton{
private static Singleton instance;
private Singleton(){
}
public static synchronized Singleton getInstance(){
if(instance == null){
return new Singleton();
}
return instance;
}
}
餓漢式
餓漢式，比較常用，但是容易參生垃圾對象，這種方式不支持懶加載，線程安全，優(yōu)點(diǎn)是沒有加鎖，執(zhí)行效率會(huì)提高。缺點(diǎn)是類加載時(shí)就初始化，浪費(fèi)內(nèi)存。
樣例代碼：
public class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton (){
}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
雙檢鎖/雙重校驗(yàn)鎖
這種方式支持懶加載，線程安全，這種方式采用雙鎖機(jī)制，安全且在多線程情況下能保持高性能。
樣例代碼：
public class Singleton {
private volatile static Singleton instance;
private Singleton(){
}
public static Singleton getInstance(){
if(instance==null){
synchronized (Singleton.class){
if(instance == null){
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
登記式/靜態(tài)內(nèi)部類
這種方式支持懶加載，線程安全，這種方式能達(dá)到雙檢鎖方式一樣的功效，但實(shí)現(xiàn)更簡單。對靜態(tài)域使用延遲初始化，應(yīng)使用這種方式而不是雙檢鎖方式。這種方式只適用于靜態(tài)域的情況，雙檢鎖方式可在實(shí)例域需要延遲初始化時(shí)使用。
public class Singleton {
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton(){
}
public static final Singleton getInstance(){
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
枚舉
這種實(shí)現(xiàn)方式不支持懶加載，線程安全，不過還沒有被廣泛采用，但這是實(shí)現(xiàn)單例模式的最佳方法。它更簡潔，自動(dòng)支持序列化機(jī)制，絕對防止多次實(shí)例化。這種方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不僅能避免多線程同步問題，而且還自動(dòng)支持序列化機(jī)制，防止反序列化重新創(chuàng)建新的對象，絕對防止多次實(shí)例化。
public enum Singleton {
INSTANCE;
public void whateverMethod() {
}
}
模擬一個(gè)數(shù)據(jù)庫連接類：
public enum SingletonEnum {
INSTANCE;
private DBConnection connection = null;
SingletonEnum(){
connection = new DBConnection();
}
public DBConnection getConnection(){
return connection;
}
}
public class DBConnection{
}
public class TestConnection {
public static void main(String[] args) {
DBConnection con1 = DataSourceEnum.DATASOURCE.getConnection();
DBConnection con2 = DataSourceEnum.DATASOURCE.getConnection();
System.out.println(con1 == con2); //輸出結(jié)果為true。
}
}
破壞單例模式
破壞單例模式主要有兩種方法：反射、反序列化
我們就拿最經(jīng)典的餓漢式來演示破壞和防破壞。
未破壞的情況
Singleton：
/**
* Keafmd
*
* @ClassName: Singleton
* @Description: 單例模式
* @author: 牛哄哄的柯南
* @date: 2021-09-07 10:53
*/
public class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton (){
}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
測試類（未破壞）：
/**
* Keafmd
*
* @ClassName: SigletonTest
* @Description: 測試類
* @author: 牛哄哄的柯南
* @date: 2021-09-07 11:04
*/
public class SingletonTest {
public static void main(String[] args) {
Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(instance1); //com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@610455d6
System.out.println(instance2); //com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@610455d6
System.out.println(instance1==instance2); //true
}
}
破壞后的情況
Singleton：（不改變）
/**
* Keafmd
*
* @ClassName: Singleton
* @Description: 單例模式
* @author: 牛哄哄的柯南
* @date: 2021-09-07 10:53
*/
public class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton (){
}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
測試類（通過反射破壞）：
package com.keafmd.Study.designPatterns.Blog;
import java.lang.annotation.Annotation;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
/**
* Keafmd
*
* @ClassName: SigletonTest
* @Description: 測試類
* @author: 牛哄哄的柯南
* @date: 2021-09-07 11:04
*/
public class SingletonTest {
public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(instance1); //com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@610455d6
System.out.println(instance2); //com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@610455d6
System.out.println(instance1==instance2); //true
//=====================破壞單例模式===================
//通過反射獲取實(shí)例，破壞單例
Constructor<Singleton> constructor = Singleton.class.getDeclaredConstructor();
constructor.setAccessible(true);
Singleton instance11 = constructor.newInstance();
Singleton instance22 = constructor.newInstance();
System.out.println(instance11); //com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@511d50c0
System.out.println(instance22); //com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@60e53b93
System.out.println(instance11==instance22); //false 證明單例模式已經(jīng)被破壞
}
}
輸出結(jié)果：
com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@610455d6
com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@610455d6
true
com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@511d50c0
com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@60e53b93
falseProcess finished with exit code 0
這種破壞是通過java的反射機(jī)制，創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例，這種破壞方法通過setAccessible(true)的方法是java跳過檢測語法，可以臨時(shí)改變訪問權(quán)限，就可以獲取私有成員變量。
單例模式的防破壞
其實(shí)防止破壞最簡單的一種方式就是判斷下有沒有創(chuàng)建過實(shí)例，如果是第二次創(chuàng)建實(shí)例對象的時(shí)候，直接拋出異常，阻止創(chuàng)建即可。
重寫Singleton類：
package com.keafmd.Study.designPatterns.Blog;
/**
* Keafmd
*
* @ClassName: Singleton
* @Description: 單例模式
* @author: 牛哄哄的柯南
* @date: 2021-09-07 10:53
*/
public class Singleton {
//阻止實(shí)例化
private static boolean flag=true;
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton (){
if(!flag){
throw new RuntimeException("這個(gè)單例模式類不能創(chuàng)建更多的對象了");
}
}
public static Singleton getInstance() {
if(flag){
flag=false; //第一次創(chuàng)建時(shí)就會(huì)改變flag的值，導(dǎo)致后面創(chuàng)建不成功
}
return instance;
}
}
測試類（未改變）：
package com.keafmd.Study.designPatterns.Blog;
import java.lang.annotation.Annotation;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
/**
* Keafmd
*
* @ClassName: SigletonTest
* @Description: 測試類
* @author: 牛哄哄的柯南
* @date: 2021-09-07 11:04
*/
public class SingletonTest {
public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(instance1);
System.out.println(instance2);
System.out.println(instance1==instance2);
//=====================破壞單例模式===================
//通過反射獲取實(shí)例，破壞單例
Constructor<Singleton> constructor = Singleton.class.getDeclaredConstructor();
constructor.setAccessible(true);
Singleton instance11 = constructor.newInstance();
Singleton instance22 = constructor.newInstance();
System.out.println(instance11);
System.out.println(instance22);
System.out.println(instance11==instance22);
}
}
輸出結(jié)果：
com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@610455d6
com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@610455d6
true
Exception in thread "main" 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.keafmd.Study.designPatterns.Blog.SingletonTest.main(SingletonTest.java:28)
Caused by: java.lang.RuntimeException: 這個(gè)單例模式類不能創(chuàng)建更多的對象了
at com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton.<init>(Singleton.java:28)
... 5 moreProcess finished with exit code 1
這樣在執(zhí)行到Singleton instance22 = constructor.newInstance();這行的時(shí)候就會(huì)拋出異常，這樣就防止了破壞。
總結(jié)
本篇文章就到這里了，希望能夠給你帶來幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容！
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