趣解设计模式之《新娘到底叫啥名啊？》

〇、小故事

前一段时间，在网上流传了这么一段视频，视频是一对新人的婚礼现场，主持人让新郎当着众多亲戚朋友的面，大声对新娘表达自己的爱意，小伙子自信满满大声的对众人说：“我爱你，周秀楠！”。

但是台下的新娘却一脸茫然，从表情中根本没有看出一丝丝因为新郎的表白而开心的喜悦。

主持人发现了新娘表情的尴尬，赶快看了一下新娘的名字，这新娘也不叫“周秀楠”啊！是题词本弄错了？还是新郎弄错了？主持人又问了一下新郎，“新娘到底叫啥名啊？”

新郎也懵了，赶快思索了一下，大声的喊道，“我爱你，王家瑞！！”

这个傻小子啊，竟然在婚礼现场叫错了新娘的名字，估计换做大多女生，回直接撇下婚礼现场怒气的离开了。那么，我们思考一下，为啥新娘会这么生气呢？这个问题确实蛮白痴的，因为叫错人了呗？别说是婚礼现场了，就算是在公司，一个同事叫错了你的名字，估计你也会很生气的。因为，我们每个人都是独立的个体，都有独立的个性和思考能力，我们当然希望自己是这个世界独一无二的。那么，在设计模式中，也有这么一种模式，是用来返回某个类的实例对象，而这种实例对象无论获取多少次都是唯一的，且不会再次创建的，那么这个模式就叫做——单例模式。

一、模式定义

单例模式（Singleton Pattern）

确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

通用类图

二、单例模式的五种实现方式

2.1> 饿汉式(线程安全，调用效率高，但是不能延时加载)

这是实现一个安全的单例模式的最简单粗暴的写法，这种实现方式我们称之为饿汉式。之所以称之为饿汉式，是因为肚子很饿了，想马上吃到东西，不想等待对象构造“浪费”时间。这种写法，在类被加载的时候就把Singleton实例给创建出来了。

饿汉模式的缺点

在还不需要此实例的时候就已经把实例创建出来了，没起到lazy loading的效果。

饿汉模式的优点

实现简单，而且安全可靠。

饿汉模式的实现方式

public class SingletonDemo1{ 
     private static SingletonDemo1 instance = new SingletonDemo1(); 
     private SingletonDemo1(){} 
     public static SingletonDemo1 getInstance(){  
          return instance;  
      } 
}

2.2> 懒汉式(线程安全，调用效率不高，但是能延时加载)

相比饿汉式，懒汉式显得没那么“饿”，在真正需要的时候再去创建实例。在getInstance()方法中，先判断实例是否为空再决定是否去创建实例。实现方式如下所示：

public class SingletonDemo2 {
     
    // 类初始化时，不初始化这个对象(延时加载，真正用的时候再创建)
    private static SingletonDemo2 instance;
     
    // 构造器私有化
    private SingletonDemo2(){}
     
    // 方法同步，调用效率低
    public static SingletonDemo2 getInstance(){
        if(instance==null){
            instance=new SingletonDemo2();
        }
        return instance;
    }
}

看起来似乎很完美，但是存在线程安全问题。在并发获取实例的时候，可能会存在构建了多个实例的情况。所以，需要对getInstance()方法加上synchronized锁。实现方式如下所示：

public class SingletonDemo2 {
     
    //类初始化时，不初始化这个对象(延时加载，真正用的时候再创建)
    private static SingletonDemo2 instance;
     
    //构造器私有化
    private SingletonDemo2(){}
     
    //方法同步，调用效率低
    public static synchronized SingletonDemo2 getInstance(){
        if(instance==null){
            instance=new SingletonDemo2();
        }
        return instance;
    }
}

2.3> 双重校验

但是由于getInstance()方法加锁，会导致每次线程调用获取实例的时候，都需要排队等锁，效率很低。所以，产生了Double Check的方式。

通过加锁，可以保证同时只有一个线程走到第二个判空代码中去，这样保证了只创建一个实例。这里还用到了volatile关键字来修饰singletonDemo3变量，其最关键的作用是防止指令重排。实现方式如下所示：

public class SingletonDemo3 {
    
    private volatile static SingletonDemo3 singletonDemo3;
 
    private SingletonDemo3() {
    }
 
    public static SingletonDemo3 newInstance() {
        if (singletonDemo3 == null) {
            synchronized (SingletonDemo3.class) {
                if (singletonDemo3 == null) {
                    singletonDemo3 = new SingletonDemo3();
                }
            }
        }
        return singletonDemo3;
    }
}

2.4> 静态内部类（线程安全，调用效率高，可以延时加载）

通过静态内部类的方式实现单例模式是线程安全的，同时静态内部类不会在Singleton类加载时就加载，而是在调用getInstance()方法时才进行加载，达到了懒加载的效果。实现方式如下所示：

public class SingletonDemo4 {
    /**
      * 静态内部类
     **/
    private static class SingletonClassInstance{
        private static final SingletonDemo4 instance = new SingletonDemo4();
    }
 
    private SingletonDemo4(){}
 
    public static SingletonDemo4 getInstance(){
        return SingletonClassInstance.instance;
    }
}

2.4.1> 反射攻击

利用反射机制，打破单例限制，代码实现如下所示：

public static void main(String[] args) throws Exception {
    SingletonDemo4 singletonDemo4 = SingletonDemo4.getInstance();
    Constructor<Singleton> constructor = SingletonDemo4.class.getDeclaredConstructor();
    constructor.setAccessible(true);
    SingletonDemo4 newSingletonDemo4 = constructor.newInstance();
    System.out.println(singletonDemo4 == newSingletonDemo4); // false
}

2.4.2> 反序列化攻击

引入pom依赖，这个依赖提供了序列化和反序列化工具类。

<dependency>
    <groupId>org.apache.commons</groupId>
    <artifactId>commons-lang3</artifactId>
    <version>3.8.1</version>
</dependency>

Singleton类实现java.io.Serializable接口。

public class SingletonDemo4 implements Serializable {
 
    private static class SingletonClassInstance {
        private static SingletonDemo4 instance = new SingletonDemo4();
    }
 
    private SingletonDemo4() {
    }
 
    public static SingletonDemo4 getInstance() {
        return SingletonClassInstance.instance;
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        SingletonDemo4 singletonDemo4 = SingletonDemo4.getInstance();
        byte[] serialize = SerializationUtils.serialize(singletonDemo4);
        SingletonDemo4 newSingletonDemo4 = SerializationUtils.deserialize(serialize);
        System.out.println(singletonDemo4 == newSingletonDemo4); // false
    }
 
}

2.5> 枚举类（线程安全，调用效率高，不能延时加载，可以天然的防止反射和反序列化调用）

在effective java（这本书真的很棒）中说道，最佳的单例实现模式就是枚举模式。利用枚举的特性，让JVM来帮我们保证线程安全和单一实例的问题。除此之外，写法还特别简单。实现方式如下所示：

public enum SingletonDemo5 {
 
    // 枚举元素本身就是单例
    INSTANCE;
 
    // 添加自己需要的操作，直接通SingletonDemo5.INSTANCE.doSomething()的方式调用即可。方便、简洁又安全。
    public void doSomething() {
        System.out.println("doSomething");
    }
}

调用方法如下所示：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton.INSTANCE.doSomething();
    }
}

今天的文章内容就这些了：

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