Java中几种单例模式的实现

1、饿汉式

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public class Apple {
    private static Apple apple = new Apple();

    private Apple() {

    }

    public static Apple getInstance() {
        return apple;
    }
}

以上为饿汉式单例模式简单实现，此种方式不会产生线程不安全情况，且只会创建一个对象。

饿汉式单例有以下特点

私有构造。
静态私有属性和静态公有方法。

2、懒汉式

2.1、非线程安全

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public class Banana {
    private static Banana banana;

    private Banana() {

    }

    public static Banana getInstance() {
        if (banana == null) {
            banana = new Banana();
        }
        return banana;
    }
}

如果有多个线程调用getInstance方法，都会进入if判断，从而造成重复实例化，不是真正的单例。

2.2、线程安全

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public class Banana {
    private static Banana banana;

    private Banana() {

    }

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

上面的方式，虽然解决了线程安全问题，但是如果在初始化完成之后，每次调用获取还要再经过同步锁，多线程环境下会降低程序运行的效率。

2.3、双重检查

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public class Banana {
    private static Banana banana;

    private Banana() {

    }

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

第一层检查是只有实例还未初始化才进入同步锁，如果已经初始化完成就直接返回，这样可以提升效率。第二层检查是为了防止前一个线程实例化之后释放锁，后面多个线程串行再去实例化，所以要加个判断。

2.4、volatile禁止指令重排序

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public class Banana {
    private static volatile Banana banana;

    private Banana() {

    }

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

因为apple = new Apple()创建对象有以下3个步骤：

在堆上开辟空间。
调用构造器，初始化实例。
返回地址给引用（让引用指向该对象）。

如果没有禁止指令重排序，可能发生的顺序为1->3->2，就是在内存上开辟空间后就直接返回地址给引用，这个时候还没真正的初始化完对象。等释放锁后，别的线程进入判断，这时候引用已经不是null了，直接拿去使用，其实这个对象在这个时候可能还是个半成品，那就有空指针异常了。

懒汉式单例有以下特点

私有构造。
静态私有属性和静态公有方法。
线程安全。
双重检查（为了兼顾效率和线程安全）。
volatile禁止指令重排序（防止返回半初始化对象）。

3、静态内部类

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public class Cherry {
    private static class CherryHolder {
        private static Cherry instance = new Cherry();
    }

    private Cherry() {

    }

    /**
     * 当getInstance方法第一次被调用的时候，执行CherryHolder.instance，导致CherryHolder类得到初始化；
     * 而这个类在装载并被初始化的时候，会初始化它的静态域，从而创建Cherry的实例，
     * 由于是静态的域，因此只会在虚拟机装载类的时候初始化一次，并由虚拟机来保证它的线程安全性。
     */
    public static Cherry getInstance() {
        return CherryHolder.instance;
    }
}

静态内部类单例有以下特点

私有构造。
静态内部类持有静态变量作为单例的实例。
静态域由虚拟机初始化一次，保证线程安全。

4、枚举

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public enum Durian {
    INSTANCE;

    public void doSomething() {
        System.out.println("doSomething");
    }
}

枚举单例有以下特点

防止反射执行私有构造方法，会抛NoSuchMethodException异常。
防止序列化，反序列化后还是同一个对象。
防止克隆，会抛CloneNotSupportedException异常。

5、破坏单例的三种方式

反射
序列化
克隆

除了枚举，其它几种单例模式都会被以上3种方式破坏。解决方案如下：

防止反射定义一个全局变量，当第二次创建的时候抛出异常。

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private static boolean isCreate = false;
private Apple() {
    // 防止反射对单例的破坏
    if(isCreate) {
        throw new RuntimeException("已然被实例化一次，不能再实例化");
    }
    isCreate = true;
}

防止克隆破坏重写clone()，直接返回单例对象。

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@Override
protected Object clone() {
    return apple;
}

防止序列化破坏添加readResolve()，返回单例对象。

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private Object readResolve() {
    return apple;
}

参考链接

java 单例模式的几种实现方式
枚举防止反射，克隆及序列化破环单例模式的原理
为什么要用枚举实现单例模式（避免反射、序列化问题）

代码地址

github：https://github.com/senlinmu1008/pattern/tree/master/singleton
gitee：https://gitee.com/ppbin/pattern/tree/master/singleton

java 单例模式对象反射线程安全

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