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不管是在开发还是面试过程中，单例模式出现的频率都非常的高。但很多人对单例模式一知半解，单例模式的写法非常多，不同写法的区别很大，这篇文章的目的是带你深入学习一下单例模式。

什么是单例模式

单例模式是一种对象创建型模式，用来编写一个类，在整个应用系统中只能有该类的一个实例对象。

UML 结构图：

单例模式的三要点：

1、某个类只能有一个实例

2、必须自行创建这个实例

3、必须自行向整个系统提供这个实例

单例模式的特点

优点：

使用单例模式可以减少内存的开销，避免了对象实例的频繁创建和销毁。

缺点：

• 由于单例模式中没有抽象层，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"。

单例模式的各种写法

1、饿汉式单例类

饿汉式比较简单，对象在类加载时就实例化，因此称为饿汉式单例类。

public class Singleton {
              private static Singleton instance = new Singleton();           private Singleton (){
   }         public static Singleton getInstance() {
         	 return instance;       }   }

优点：线程安全，没有加锁，执行效率高。

缺点：未使用单例类时，造成内存浪费。

2、懒汉式单例类

在需要使用单例类时在创建实例对象，所有称为懒汉式单例类。

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

优点：节约内存

缺点：线程不安全，多线程可能会创建多个实例

3、同步方法的懒汉式单例类

在 getInstance() 方法前增加关键字 synchronized。

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

优点：解决了线程安全问题

缺点：除了第一次调用 getInstance()需要同步，后面的调用造成不必要的同步开销，不建议用这种模式。

4、 双重检查锁定

这种写法是在 getInstance() 方法中进行两次判空，缩小同步锁的粒度。

public class Singleton {
        private volatile static Singleton singleton;     private Singleton (){
   }     public static Singleton getInstance() {
            if (singleton == null) {
               synchronized (Singleton.class) {
                   if (singleton == null) {
                       singleton = new Singleton();                 }             }        }         return singleton;    } }

第二个判空是必要的，原因如下：

假如某一瞬间线程 A 和线程 B 都在调用getInstance() 方法，此时 instance 对象为 null，均能通过 “ instance == null ” 的判断。线程 A 进入 synchronized 锁定的代码中执行实例创建代码，线程 B 处于排队等待状态。当 A 执行完毕创建了实例后，线程 B 进入 synchronized 代码，此时 B 并不知道实例已经创建，将创建新的实例。

因此需要在 synchronized 锁定代码中再进行一次判空处理，这种方式称为双重检查锁定。实例变量需要加 volatile 关键字保证易变可见性，JDK1.5 起才可用。

优点：一定程度上解决了资源的消耗和多余的加锁同步，线程安全等问题。

缺点：由于 volatile 关键字会屏蔽 Java 虚拟机所做的一些代码优化，可能会导致系统运行效率降低。

5、静态内部类单例模式

同样利用了 JVM 类加载机制来保证初始化实例对象时只有一个线程，静态内部类 SingletonHolder 类只有第一次调用 getInstance() 方法时，才会装载从而实例化对象。

public class Singleton {
        private static class SingletonHolder {
           private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();    }     private Singleton (){
   }     public static final Singleton getInstance() {
            return SingletonHolder.INSTANCE;    } }

优点：解决了线程安全问题，延迟加载、节省内存，性能优于上述几种实现方式。

6、枚举方式

定义一个枚举的元素，就代表 Singleton 实例。

public enum Singleton {
        INSTANCE;     /*    **调用方式：Singleton.INSTANCE.doSomethingMethod();    */    public void doSomethingMethod() {
        } }

优点：线程安全，防止反序列化或者反射攻击时实例重新创建。

如何避免 Java 反射破坏单例模式

上面 6 种 Java 单例模式实现方式除枚举方式外，其他几种依然可以通过相关反射方法，改变其权限，创建多个实例，代码如下：

public class Test {
        public static void main(String args[]) {
                Singleton singleton = Singleton.getInstance();        try {
                Constructor
   
     constructor = Singleton.class.getDeclaredConstructor();            constructor.setAccessible(true);            Singleton singletonnew = constructor.newInstance();            System.out.println(singleton == singletonnew);   // 输出结果：false        } catch (Exception e) {
            }         }}
   

如何避免 Java 反射破坏单例模式呢？可以在构造函数里面进行判断：如果当前已有实例，通过抛出异常来阻止反射创建对象。

private Singleton() {
        if (null != Singleton.singleton) {
           throw new RuntimeException();    }}

如何避免 Java 反序列化破坏单例模式

除了反射，反序列化也可能破坏单例模式，反序列化会通过反射调用无参数的构造方法创建一个新的对象。

public class Test {
       public static void main(String[] args) {
           try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("tempFile"));             ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("tempFile"))) {
               oos.writeObject(Singleton.getInstance());            Singleton newInstance = (Singleton) ois.readObject();            System.out.println(newInstance == Singleton.getInstance()); // 输出 false        } catch (Exception ex) {
               ex.printStackTrace();        }    }}

解决方法是只要在 Singleton 类中定义 readResolve() 方法即可。

public class Singleton implements Serializable {
       private volatile static Singleton singleton;    private Singleton (){
   }    public static Singleton getInstance() {
           if (singleton == null) {
               synchronized (Singleton.class) {
                   if (singleton == null) {
                       singleton = new Singleton();                }            }        }        return singleton;    }    private Object readResolve() {
           return singleton;    }}

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