推荐先阅读：Java设计模式
概述
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。
单例模式的角色：
单例模式分两种：
- 饿汉式：类加载就会导致该单实例对象被创建
- 懒汉式：类加载不会导致该单实例对象被创建，而是首次使用该对象时才会创建
饿汉式-实现方式1：静态变量创建该类对象
该方式在成员位置声明Singleton类型的静态变量，并创建Singleton类的对象instance。
instance对象是随着类的加载而创建的。如果该对象足够大的话，而一直没有使用就会造成内存的浪费。
public class Singleton {
private Singleton() {}
private static Singleton instance = new Singleton();
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
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饿汉式-实现方式2：在静态代码块中创建该类对象
该方式在成员位置声明Singleton类型的静态变量，而对象的创建是在静态代码块中，也是对着类的加载而创建。
所以和饿汉式的方式1基本上一样，当然该方式也存在内存浪费问题。
public class Singleton {
private Singleton() {}
private static Singleton instance;
static {
instance = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
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饿汉式-实现方式3：枚举方式
极力推荐的单例实现模式，只会装载一次，线程安全。唯一一种不会被破坏的单例实现模式。
public enum Singleton {
INSTANCE;
}
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懒汉式-实现方式1：双重检查锁
public class Singleton {
private Singleton() {}
private static volatile Singleton instance;
public static Singleton getInstance() {
if(instance != null) {
return instance;
}
synchronized (Singleton.class) {
if(instance != null) {
return instance;
}
instance = new Singleton();
return instance;
}
}
}
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- 当调用getInstance()时才创建对象。这样就实现了懒加载的效果。
- 在多线程的情况下，可能会出现空指针问题，出现问题的原因是JVM在实例化对象的时候会进行优化和指令重排序操作。要解决双重检查锁模式带来空指针异常的问题，只需要使用
volatile 关键字, volatile 关键字可以保证可见性和有序性。
- 添加
volatile 的双重检查锁模式是一种比较好的单例实现模式，解决了单例、性能、多线程安全问题。
懒汉式-实现方式2：静态内部类方式
- 静态内部类单例模式中实例由内部类创建，由于JVM在加载外部类的过程中, 是不会加载静态内部类的,
- 只有内部类的属性/方法被调用时才会被加载, 并初始化其静态属性。
- 静态属性由于被
static 修饰，保证只被实例化一次，并且严格保证实例化顺序。
public class Singleton {
private Singleton() {}
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
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静态内部类单例模式是一种优秀的单例模式，是开源项目中比较常用的一种单例模式。在没有加任何锁的情况下，保证了多线程下的安全，并且没有任何性能影响和空间的浪费。
存在的问题
使上面定义的单例类（Singleton）可以创建多个对象，枚举方式除外。有两种方式，分别是序列化和反射。
1.序列化反序列化
public class Singleton implements Serializable {
private Singleton() {}
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) throws Exception {
writeObject2File();
Singleton s1 = readObjectFromFile();
Singleton s2 = readObjectFromFile();
System.out.println(s1 == s2);
}
private static Singleton readObjectFromFile() throws Exception {
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("C:\\Users\\Think\\Desktop\\a.txt"));
Singleton instance = (Singleton) ois.readObject();
return instance;
}
public static void writeObject2File() throws Exception {
Singleton instance = Singleton.getInstance();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("C:\\Users\\Think\\Desktop\\a.txt"));
oos.writeObject(instance);
}
}
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上面代码运行结果是false，表明序列化和反序列化已经破坏了单例。
2.反射
public class Singleton {
private Singleton() {}
private static volatile Singleton instance;
public static Singleton getInstance() {
if(instance != null) {
return instance;
}
synchronized (Singleton.class) {
if(instance != null) {
return instance;
}
instance = new Singleton();
return instance;
}
}
}
public class Test {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Class clazz = Singleton.class;
Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor();
constructor.setAccessible(true);
Singleton s1 = (Singleton) constructor.newInstance();
Singleton s2 = (Singleton) constructor.newInstance();
System.out.println(s1 == s2);
}
}
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上面代码运行结果是false，表明序列化和反序列化已经破坏了单例。
注意：枚举方式不会出现这两个问题。
问题的解决
1.序列化、反序列方式破坏单例模式的解决方法
在Singleton类中添加readResolve()方法，在反序列化时被反射调用，如果定义了这个方法，就返回这个方法的值，如果没有定义，则返回新new出来的对象。
public class Singleton implements Serializable {
private Singleton() {}
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
private Object readResolve() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
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源码解析：
ObjectInputStream类
public final Object readObject() throws IOException, ClassNotFoundException{
int outerHandle = passHandle;
try {
Object obj = readObject0(false);
}
}
private Object readObject0(boolean unshared) throws IOException {
...
try {
switch (tc) {
...
case TC_OBJECT:
return checkResolve(readOrdinaryObject(unshared));
...
}
} finally {
depth--;
bin.setBlockDataMode(oldMode);
}
}
private Object readOrdinaryObject(boolean unshared) throws IOException {
...
obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null;
...
if (obj != null && handles.lookupException(passHandle) == null && desc.hasReadResolveMethod()) {
Object rep = desc.invokeReadResolve(obj);
...
}
return obj;
}
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2.反射方式破解单例的解决方法
public class Singleton {
private Singleton() {
if(instance != null) {
throw new RuntimeException();
}
}
private static volatile Singleton instance;
public static Singleton getInstance() {
if(instance != null) {
return instance;
}
synchronized (Singleton.class) {
if(instance != null) {
return instance;
}
instance = new Singleton();
return instance;
}
}
}
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这种方式比较好理解。当通过反射方式调用构造方法进行创建创建时，直接抛异常。不运行此中操作。
JDK源码解析-Runtime类
Runtime类就是使用的单例设计模式。
public class Runtime {
private static Runtime currentRuntime = new Runtime();
public static Runtime getRuntime() {
return currentRuntime;
}
private Runtime() {}
...
}
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使用Runtime类中的方法
public class RuntimeDemo {
public static void main(String[] args) throws IOException {
Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
System.out.println(runtime.totalMemory());
System.out.println(runtime.maxMemory());
Process process = runtime.exec("ipconfig");
InputStream inputStream = process.getInputStream();
byte[] arr = new byte[1024 * 1024* 100];
int b = inputStream.read(arr);
System.out.println(new String(arr,0,b,"gbk"));
}
}
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