java单例模式实现的方法

1.最基本的单例模式

/**
 * @author learnandget
 * @time 2018年11月13日
 * 最基本的单例模式 */public class singletonv1 { 
 private static singletonv1 instance = new singletonv1();; 
 //构造函数私有化
 private singletonv1() {} public static singletonv1 getinstance() 
 { return instance;
 }
}

import org.junit.test;public class singletontest {
 
 @test public void test01() throws exception
 {
 singletonv1 s1 = singletonv1.getinstance();
 singletonv1 s2 = singletonv1.getinstance();
 system.out.println(s1.hashcode());
 system.out.println(s2.hashcode());
 }
}//运行结果如下：589873731
589873731

2.类加载时不初始化实例的模式

上述单例模式在类加载的时候，就会生成实例，可能造成空间浪费，如果需要修改成，在需要使用时才生成实例，则可修改代码如下：

public class singletonv2 
{ private static singletonv2 instance; //构造函数私有化 
 private singletonv2() {} 
	 public static singletonv2 getinstance()
	 { if(instance == null) 
 { instance = new singletonv2();
	} 
	return instance; } 
	}

然而，上述方案虽然在类加载时不会生成实例，但是存在线程安全问题，如果线程a在执行到第10行时，线程b也进入该代码块，恰好也执行好第10行，此时如果实例尚未生成，则线程a和线程b都会执行第12行的代码，各自生成一个实例，此时就违背了单例模式的设计原则。实际测试代码如下：

public class singletontest {

 @test public void test02() throws exception
 { 
 for(int i=0;i<1000;i++) 
 {
 thread th1 = new getinstancethread();
 th1.start();
 }
 
 } 
 class getinstancethread extends thread
 { public void run() 
 { try 
 {
 singletonv2 s = singletonv2.getinstance();
 system.out.println(thread.currentthread().getname()+" get instance "+s.hashcode()+" time: "+system.currenttimemillis());
 }catch(exception e) 
 {
 e.printstacktrace();
 }
 }
 }
 
}

经过多次测试，可能产生如下输出结果：

3.线程安全的单例模式

在上述单例模式下进行改进，在getinstance方法前加入 sychronized关键字，来实现线程安全，修改后代码如下：

 public class singletonv3 { 
 
 private static singletonv3 instance; 
 
 //构造函数私有化 
 private singletonv3() {} 
 
　　　　//synchronized关键字在静态方法上，锁定的是当前类： 
 public static synchronized singletonv3 getinstance() 
 {
 if(instance == null) 
 
{
 instance = new singletonv3();
 }
 return instance;
 }
 }

 增加sychronized关键字后，确实能够改善线程安全问题，但是也带来了额外的锁开销。性能受到一定影响。举例来说，此时如果有1000个线程都需要使用singletonv3实例，因为加锁的位置在getinstance上，因此，每个线程都必须等待其他获取了锁的线程完全执行完锁中的方法后，才能够进入该方法并获取自己的实例。

4.双重校检+线程安全单例模式

　　于是可以在上述代码的基础上，只有当singleton实例未被初始化时，对实例化方法加锁即可。在singleton实例已经被初始化时，无需加锁，直接返回当前singleton对象。代码如下：

 private static singletonv4 instance; 
 
 //构造函数私有化 
 private singletonv4() {}
 
 public static singletonv4 getinstance() 
 { 
 if(instance == null) 
 
 {
 synchronized(singletonv4.class) 
 {
 //双重校检
 if(instance == null) 
 {
  instance = new singletonv4();
  }
 }
 }
 return instance;
 }

5.内部类单例模式　

尽管上述方案解决了同步问题，双重校检也使得性能开销大大减小，但是，只有有synchronized关键字的存在。性能多多少少还是会有一些影响，此时，我们想到了 "内部类"的用法。

　　①.内部类不会随着类的加载而加载

　　②.一个类被加载，当且仅当其某个静态成员（静态域、构造器、静态方法等）被调用时发生。

　　静态内部类随着方法调用而被加载，只加载一次，不存在并发问题，所以是线程安全。基于此，修改代码如下：

 public class singletonv5 {
 //构造函数私有化
 private singletonv5() {} 
 
 static class singetonget 
 { 
 private static final singletonv5 instance = new singletonv5(); 
 } 
 
 public static singletonv5 getinstance() 
 {
 return singetonget.instance;
 }
 }

6.反射都不能破坏的单例模式

静态内部类实现的单例模式，是目前比较推荐的方式，但是在java功能强大反射的机制下，它就是个弟弟，此时利用反射仍然能够创建出多个实例，以下是创建实例的代码：

 @test
 public void test4() 
 { 
 //普通方式获取实例s1，s2 
 singletonv5 s1 = singletonv5.getinstance(); 
 singletonv5 s2 = singletonv5.getinstance(); 
 //利用反射获取实例s3,s4 
 singletonv5 s3 = null; 
 singletonv5 s4 = null;
 try 
 {
 class<singletonv5> clazz = singletonv5.class;
 constructor<singletonv5> constructor = clazz.getdeclaredconstructor();
 constructor.setaccessible(true);
 s3 = constructor.newinstance();
 s4 = constructor.newinstance();
 }catch(exception e) 
 {
 e.printstacktrace();
 }
 
 system.out.println(s1.hashcode());
 system.out.println(s2.hashcode());
 system.out.println(s3.hashcode());
 system.out.println(s4.hashcode()); 
 }

输出结果如下：

589873731
589873731
200006406
2052001577

 可以看到，s1和s2拥有相同的哈希码，因此他们是同一个实例，但是s3、s4，是通过反射后用构造函数重新构造生成的实例，他们均与s1，s2不同。此时单例模式下产生了多个不同的对象，违反了设计原则。

基于上述反射可能造成的单例模式失效，考虑在私有的构造函数中添加是否初始化的标记位，使私有构造方法只可能被执行一次。

public class singletonv6 { //是否已经初始化过的标记位
 private static boolean isinitialized = false; 
 //构造函数中，当实例已经被初始化时，不能继续获取新实例
 private singletonv6() 
 { synchronized(singletonv6.class) 
 { if(isinitialized == false) 
 {
 isinitialized = !isinitialized;
 }else 
 { throw new runtimeexception("单例模式被破坏...");
 }
 } 
 } static class singetonget
 { private static final singletonv6 instance = new singletonv6();
 } 
 public static singletonv6 getinstance() 
 { return singetonget.instance;
 }
}

测试代码如下：

 @test public void test5()
 { 
 singletonv6 s1 = singletonv6.getinstance();
 singletonv6 s2 = null; try 
 {
 class<singletonv6> clazz = singletonv6.class;
 constructor<singletonv6> constructor = clazz.getdeclaredconstructor();
 constructor.setaccessible(true);
 s2 = constructor.newinstance();

 }catch(exception e) 
 {
 e.printstacktrace();
 } 
 system.out.println(s1.hashcode());
 system.out.println(s2.hashcode());
 }

运行上述代码时，会抛出异常：

java.lang.reflect.invocationtargetexception
 at sun.reflect.nativeconstructoraccessorimpl.newinstance0(native method)
 at sun.reflect.nativeconstructoraccessorimpl.newinstance(unknown source)
 at sun.reflect.delegatingconstructoraccessorimpl.newinstance(unknown source)
 at java.lang.reflect.constructor.newinstance(unknown source)
 at singletontest.singletontest.test5(singletontest.java:98)
 at sun.reflect.nativemethodaccessorimpl.invoke0(native method)
 at sun.reflect.nativemethodaccessorimpl.invoke(unknown source)
 at sun.reflect.delegatingmethodaccessorimpl.invoke(unknown source)
 at java.lang.reflect.method.invoke(unknown source)
 at org.junit.runners.model.frameworkmethod$1.runreflectivecall(frameworkmethod.java:50)
 at org.junit.internal.runners.model.reflectivecallable.run(reflectivecallable.java:12)
 at org.junit.runners.model.frameworkmethod.invokeexplosively(frameworkmethod.java:47)
 at org.junit.internal.runners.statements.invokemethod.evaluate(invokemethod.java:17)
 at org.junit.runners.parentrunner.runleaf(parentrunner.java:325)
 at org.junit.runners.blockjunit4classrunner.runchild(blockjunit4classrunner.java:78)
 at org.junit.runners.blockjunit4classrunner.runchild(blockjunit4classrunner.java:57)
 at org.junit.runners.parentrunner$3.run(parentrunner.java:290)
 at org.junit.runners.parentrunner$1.schedule(parentrunner.java:71)
 at org.junit.runners.parentrunner.runchildren(parentrunner.java:288)
 at org.junit.runners.parentrunner.access$000(parentrunner.java:58)
 at org.junit.runners.parentrunner$2.evaluate(parentrunner.java:268)
 at org.junit.runners.parentrunner.run(parentrunner.java:363)
 at org.eclipse.jdt.internal.junit4.runner.junit4testreference.run(junit4testreference.java:86)
 at org.eclipse.jdt.internal.junit.runner.testexecution.run(testexecution.java:38)
 at org.eclipse.jdt.internal.junit.runner.remotetestrunner.runtests(remotetestrunner.java:538)
 at org.eclipse.jdt.internal.junit.runner.remotetestrunner.runtests(remotetestrunner.java:760)
 at org.eclipse.jdt.internal.junit.runner.remotetestrunner.run(remotetestrunner.java:460)
 at org.eclipse.jdt.internal.junit.runner.remotetestrunner.main(remotetestrunner.java:206)
caused by: java.lang.runtimeexception: 单例模式被破坏...
 at singletontest.singletonv6.<init>(singletonv6.java:26)
 ... 28 more2052001577

7.序列化反序列化都不能破坏的单例模式

经过上述改进，反射也不能够破坏单例模式了。但是，依然存在一种可能造成上述单例模式产生两个不同的实例，那就是序列化。当一个对象a经过序列化，然后再反序列化，获取到的对象b和a是否是同一个实例呢，验证代码如下：

/**
 * @author {learnandget}
 * @time 2018年11月13日
 * @discription:测试序列化并反序列化是否还是同一对象 */package singletontest;import java.io.fileinputstream;import java.io.fileoutputstream;import java.io.objectinput;import java.io.objectinputstream;import java.io.objectoutput;import java.io.objectoutputstream;public class main { /**
 * @param args */
 public static void main(string[] args) { // todo auto-generated method stub
 singletonv6 s1 = singletonv6.getinstance();
 
 objectoutput objout = null; 
 try { //将s1序列化（记得将singleton实现serializable接口）
 objout = new objectoutputstream(new fileoutputstream("c:\\a.objfile"));
 objout.writeobject(s1);
 objout.close(); 
 //反序列化得到s2
 objectinput objin = new objectinputstream(new fileinputstream("c:\\a.objfile"));
 singletonv6 s2 = (singletonv6) objin.readobject();
 objin.close();
 
 system.out.println(s1.hashcode());
 system.out.println(s2.hashcode());
 
 } catch (exception e) 
 { // todo auto-generated catch block e.printstacktrace();
 }
 }

}

输出结果如下：

1118140819
990368553

可见，此时序列化前的对象s1和经过序列化->反序列化步骤后的到的对象s2，并不是同一个对象，因此，出现了两个实例，再次违背了单例模式的设计原则。

为了消除问题，在单例模式类中，实现serializable接口之后 添加对readresolve()方法的实现：当从i/o流中读取对象时，readresolve()方法都会被调用到。实际上就是用readresolve()中返回的对象直接替换在反序列化过程中创建的对象，而被创建的对象则会被垃圾回收掉。这就确保了在序列化和反序列化的过程中没人可以创建新的实例,修改后的代码如下：

package singletontest;import java.io.serializable;/**
 * @author learnandget
 *
 * @time 2018年11月13日
 * 
 */public class singletonv6 implements serializable{ //是否已经初始化过的标记位
 private static boolean isinitialized = false; 
 //构造函数中，当实例已经被初始化时，不能继续获取新实例
 private singletonv6() 
 { synchronized(singletonv6.class) 
 { if(isinitialized == false) 
 {
 isinitialized = !isinitialized;
 }else 
 { throw new runtimeexception("单例模式被破坏...");
 }
 } 
 } static class singetonget
 { private static final singletonv6 instance = new singletonv6();
 } 
 public static singletonv6 getinstance() 
 { return singetonget.instance;
 } //实现readresolve方法
 private object readresolve() 
 { return getinstance();
 }
}

重新运行上述序列化和反序列过程，可以发现，此时得到的对象是同一对象。

1118140819
1118140819

8.总结

在实际开发中，根据自己的需要，选择对应的单例模式即可，不一样非要实现第7节中那种无坚不摧的单例模式。毕竟不是所有场景下都需要实现序列化接口， 也并不是所有人都会用反射来破坏单例模式。因此比较常用的是第5节中的，内部类单例模式，代码简洁明了，且节省空间。

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