概述

单例模式的7种实现方式及反射，序列化破坏单例模式怎样防止?

本文主要记录单例模式各种实现方式。主要包含以下内容

单例模式含义
单例特点
单例缺点
应用场景
单例实现方式
饿汉模式（静态方法，静态块，枚举）
懒汉模式（单线程，线程安全，双重验证，静态内部类）
反射破环单例
单例序列化

单例模式含义

单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象

特点

单例模式限制了类的实例化,单例类只能有一个实例。
单例类必须自己创建自己的唯一实例。
单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
避免对共享资源的多重占用

劣势

不适用于变化的对象，如果同一类型的对象总是要在不同的用例场景发生变化，单例就会引起数据的错误，不能保存彼此的状态。
由于单利模式中没有抽象层，因此单例类的扩展有很大的困难。
单例类的职责过重，在一定程度上违背了“单一职责原则”

应用场景

要求生产唯一序列号。
WEB 中的计数器，不用每次刷新都在数据库里加一次，用单例先缓存起来。
创建的一个对象需要消耗的资源过多，比如 I/O 与数据库的连接等。

单例实现方式

为了实现Singleton模式，我们有不同的方法，但是所有方法都具有以下共同概念。

私有构造函数，用于限制该类从其他类的实例化。
同一类的私有静态变量，是该类的唯一实例。
返回类实例的公共静态方法，这是外部世界获取单例类实例的全局访问点。

饿汉模式

静态方法初始化单例类实现

在类加载时，就进行构建，急切初始化。

优点

简单。创建单例模式最简单的一种方式。

线程安全。

速度快。由于类加载时已经进行初始化，调用速度快。

缺点

浪费资源。没有调用对象，也会创建。

没有异常处理。

public class Singleton {
 
 private static final Singleton instance = new 
 Singleton();

 private Singleton() {
 }

 public static Singleton getInstance() {
 return instance;
 }
}

静态块实现

实现方式与急切创建类似，在急切创建基础上添加了异常处理。

枚举方式

优点

创建枚举默认就是线程安全的。

防止反序列化导致重新创建新的对象。保证只有一个实例（即使使用反射机制也无法多次实例化一个枚举量）。

effective java 中推荐。

不足

灵活性不足

public enum Singleton {
 INSTANCE;
}

懒汉模式（惰性模式）

实现单例模式的惰性初始化方法在全局访问方法中创建实例

优点

在单线程中可以实现按需加载。

不足

不适用于多线程。多线程时，可能存在破环单例模式情况。

public class Singleton {
 private static Singleton instance;

 private Singleton() {
 }

 public static Singleton getInstance() {
 if (instance == null) {
 instance = new Singleton();
 }

 return instance;
 }
}

线程安全单例实现

创建线程安全的单例类的更简单方法是使全局访问方法时加锁，实现同步，以便一次只能有一个线程执行此方法

优点

保证多线程下正常运行。

不足

性能低下。每次调用时都会进行synchronized ，引起阻塞，导致性能低下。

public class Singleton {
 private static Singleton instance;

 private Singleton() {
 }

 public static synchronized Singleton getInstance() {
 if (instance == null) {
 instance = new Singleton();
 }

 return instance;
 }
}

双重校验

为了在多线程环境下，不影响程序的性能，不让线程每次调用方法时都加锁，而只是在实例未被创建时再加锁，在加锁处理里面还需要判断一次实例是否已存在。

public class Singleton {
 private static Singleton instance;

 private Singleton() {
 }

 public static ThreadSafeSingleton Singleton() {
 if (instance == null) {
 synchronized (ThreadSafeSingleton.class) {
 if (instance == null) {
 instance = new ThreadSafeSingleton();
 }
 }
 }

 return instance;
 }
}

静态内部类实现（推荐）

优点
资源利用率高，不执行getInstance()不被实例，可以执行该类其他静态方法。目前使用率最高的方法。

不需要考虑多线程同步问题。

不足
第一次加载时反应不够快。

由于存在静态方法，在类加载时就会创建类。而且会一直存在。

public class Singleton {
 private Singleton() {
 }

 public static Singleton getInstance() {
 return SingletonHelper.INSTANCE;
 }

 private static class SingletonHelper {
 private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
 }
}

反射破坏单例

以上的单例模式,除枚举外，在反射时会被破坏。以下代码输出的hashcode值是不一致的。

public class SingletonTest {
 public static void main(String[] args) {
 Singleton instanceOne = Singleton.getInstance();
 Singleton instanceTwo = null;

 try {
 Constructor[] constructors = Singleton.class.getDeclaredConstructors();

 for (Constructor constructor : constructors) {
 constructor.setAccessible(true);
 instanceTwo = (Singleton) constructor.newInstance();

 break;
 }
 } catch (Exception e) {
 }

 System.out.println(instanceOne.hashCode());
 System.out.println(instanceTwo.hashCode());
 }
}

单例模式序列化

序列化单例类的问题在于，每当我们反序列化它时，它将创建该类的新实例。为防止破环单例模式，加入readResolve()函数。

public class SerializedSingleton implements Serializable {
 private SerializedSingleton() {
 }

 public static SerializedSingleton getInstance() {
 return SingletonHelper.INSTANCE;
 }

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

 private static class SingletonHelper {
 private static final SerializedSingleton INSTANCE = 
 new SerializedSingleton();
 }
}

总结

本文主要总结了单例模式实现方式。两大类，7种实现。已经反射，序列化对单例的破坏。

静态内部类或者是枚举方式是最常见与官方推荐的实现方式。如果文章对您有些，帮助请关注下。

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单例模式的7种实现方式及反射，序列化破坏单例模式怎样防止?

概述

单例模式含义

特点

劣势

应用场景

单例实现方式

饿汉模式

懒汉模式（惰性模式）

总结

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单例模式的7种实现方式及反射，序列化破坏单例模式怎样防止?

概述

单例模式含义

特点

劣势

应用场景

单例实现方式

饿汉模式

懒汉模式（惰性模式）

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