在项目中为了避免创建大量的对象,频繁出现gc的问题,单例设计模式闪亮登场。
顾名思义就是我们比较饿,每次想吃的时候,都提前为我们创建好。其实我记了好久也没分清楚饿汉式和懒汉式的区别。这里给出我的一个记忆方法:懒汉式就是懒加载,什么是懒加载呢?就是我们需要的时候给创建对象就行,稍后介绍懒汉式的时候你会发现这个现象。
线程安全,但是如果一个项目需要创建大量的对象的时候,当项目运行的时候,会创建大量我们暂时用不到的对象。
package singletonModel;
public class HungrySingleton {
public static HungrySingleton instance=new HungrySingleton();
private HungrySingleton(){}
public static HungrySingleton getInstance(){
return instance;
}
}
package Test;
import singletonModel.DoubleLockSingleton;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
public class SingletonTest {
public static void main(String[] args) {
// 使用AtomicReference来存储第一次获取到的LazySingleton实例
AtomicReference<DoubleLockSingleton> singletonInstance = new AtomicReference<>();
// 我们将启动大量线程来尝试突破单例的线程安全性
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(100);
// 用于发现多个实例创建的标志
AtomicReference<Boolean> flag = new AtomicReference<>(false);
// 提交多个任务到线程池,尝试并发地获取单例实例
for (int i = 0; i < 100; i++) {
executorService.submit(() -> {
DoubleLockSingleton instance = DoubleLockSingleton.getInstance();
// 如果原子引用为空,我们设置当前实例
if (singletonInstance.get() == null) {
singletonInstance.set(instance);
} else if (singletonInstance.get() != instance) {
// 如果原子引用中的实例与当前获取的实例不同,说明存在多个实例
flag.set(true);
System.out.println("Detected multiple instances!");
}
});
}
executorService.shutdown();
// 等待所有任务完成
while (!executorService.isTerminated()) {
// 等待所有线程执行完毕
}
if (flag.get().equals(false)) {
System.out.println("No multiple instances detected!");
}
}
}
通过实验证明,饿汉式在多线程环境下是线程安全的!
顾名思义比较懒,叫我们的时候,我们在穿衣服去干活,即完成对象的创建的过程。
需要的时候,才为我们创建,能够避免在项目启动的时候,创建大量的无用对象,减少GC。缺点就是多线程操作下线程不安全!
package singletonModel;
public class LazySingleton {
private static LazySingleton lazyInstance;
private LazySingleton(){}
public static LazySingleton getInstance(){
if(lazyInstance==null){
lazyInstance= new LazySingleton();
}
return lazyInstance;
}
}
package Test;
import singletonModel.LazySingleton;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
public class SingletonTest {
public static void main(String[] args) {
// 使用AtomicReference来存储第一次获取到的LazySingleton实例
AtomicReference<LazySingleton> singletonInstance = new AtomicReference<>();
// 我们将启动大量线程来尝试突破单例的线程安全性
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(100);
// 用于发现多个实例创建的标志
AtomicReference<Boolean> flag = new AtomicReference<>(false);
// 提交多个任务到线程池,尝试并发地获取单例实例
for (int i = 0; i < 100; i++) {
executorService.submit(() -> {
LazySingleton instance = LazySingleton.getInstance();
// 如果原子引用为空,我们设置当前实例
if (singletonInstance.get() == null) {
singletonInstance.set(instance);
} else if (singletonInstance.get() != instance) {
// 如果原子引用中的实例与当前获取的实例不同,说明存在多个实例
flag.set(true);
System.out.println("Detected multiple instances!");
}
});
}
executorService.shutdown();
// 等待所有任务完成
while (!executorService.isTerminated()) {
// 等待所有线程执行完毕
}
if (flag.get().equals(false)) {
System.out.println("No multiple instances detected!");
}
}
}
上述代码需要多次测试,就能够测试出线程不安全的!
测试证明懒汉式在多线程操作下是线程不安全的!
具体的原因就是发生在下图的位置:即多线程环境下,不知线程哪个执行快慢,即存在两个线程A,B,线程A在进入if语句的时候,判断为空,然后完成对象的创建,但是对象的创建也需要一定时间,这个时候线程B也进入if判断,当前线程A还没有创建好,则判断为null,同时也完成对象的创建,这时候线程A,B创建的对象就不是同一个对象了。也就是线程不安全的了,即不满足原子性,可见性,有序性。
为了保证线程安全,即满足原子性,可见性,有序性。我们首先想到的就是加锁!
由于getInstance方法为static修饰的方式,我们加了synchronized后,锁住的是当前的类,即加的类锁。即多线程操作该类的时候,只有1个线程操作成功!
package singletonModel;
public class RLazySingleton {
static RLazySingleton instance;
private RLazySingleton(){
}
synchronized public static RLazySingleton getInstance(){
if(instance==null){
instance=new RLazySingleton();
}
return instance;
}
}
package Test;
import singletonModel.RLazySingleton;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
public class SingletonTest {
public static void main(String[] args) {
// 使用AtomicReference来存储第一次获取到的LazySingleton实例
AtomicReference<RLazySingleton> singletonInstance = new AtomicReference<>();
// 我们将启动大量线程来尝试突破单例的线程安全性
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(100);
// 用于发现多个实例创建的标志
AtomicReference<Boolean> flag = new AtomicReference<>(false);
// 提交多个任务到线程池,尝试并发地获取单例实例
for (int i = 0; i < 100; i++) {
executorService.submit(() -> {
RLazySingleton instance = RLazySingleton.getInstance();
// 如果原子引用为空,我们设置当前实例
if (singletonInstance.get() == null) {
singletonInstance.set(instance);
} else if (singletonInstance.get() != instance) {
// 如果原子引用中的实例与当前获取的实例不同,说明存在多个实例
flag.set(true);
System.out.println("Detected multiple instances!");
}
});
}
executorService.shutdown();
// 等待所有任务完成
while (!executorService.isTerminated()) {
// 等待所有线程执行完毕
}
if (flag.get().equals(false)) {
System.out.println("No multiple instances detected!");
}
}
}
实验结果证明:这种测试代码也是线程安全的!
通过在getInstance()方法上添加synchronized关键字,可以强制每次只有一个线程能够访问方法,从而避免竞态条件。但这样做会影响性能,因为每次访问都需要进行同步。
解决每次访问都需要进行同步的问题。
package singletonModel;
public class DoubleLockSingleton {
private static DoubleLockSingleton instance;
private DoubleLockSingleton(){
}
public static DoubleLockSingleton getInstance(){
if(instance==null){
synchronized (DoubleLockSingleton.class){
if(instance==null){
instance=new DoubleLockSingleton();
}
}
}
return instance;
}
}
package Test;
import singletonModel.DoubleLockSingleton;
import singletonModel.RLazySingleton;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
public class SingletonTest {
public static void main(String[] args) {
// 使用AtomicReference来存储第一次获取到的LazySingleton实例
AtomicReference<RLazySingleton> singletonInstance = new AtomicReference<>();
// 我们将启动大量线程来尝试突破单例的线程安全性
ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(100);
// 用于发现多个实例创建的标志
AtomicReference<Boolean> flag = new AtomicReference<>(false);
// 提交多个任务到线程池,尝试并发地获取单例实例
for (int i = 0; i < 100; i++) {
executorService.submit(() -> {
RLazySingleton instance = RLazySingleton.getInstance();
// 如果原子引用为空,我们设置当前实例
if (singletonInstance.get() == null) {
singletonInstance.set(instance);
} else if (singletonInstance.get() != instance) {
// 如果原子引用中的实例与当前获取的实例不同,说明存在多个实例
flag.set(true);
System.out.println("Detected multiple instances!");
}
});
}
executorService.shutdown();
// 等待所有任务完成
while (!executorService.isTerminated()) {
// 等待所有线程执行完毕
}
if (flag.get().equals(false)) {
System.out.println("No multiple instances detected!");
}
}
}
实验结果也是线程安全的。
public class StaticInnerClassSingleton {
private static class LazyHolder {
private static final StaticInnerClass INSTANCE = new StaticInnerClass();
}
private StaticInnerClass(){}
public static StaticInnerClass getInstance(){
return LazyHolder.INSTANCE;
}
}
package singletonModel;
public enum EnumSingleton {
Instance;
public void getInstance(){
System.out.println("枚举类创建对象");
}
}
在Java中,使用枚举(enum)实现的单例模式是唯一能够抵御反射攻击的方式,因为枚举类型没有构造方法(在字节码层面是有私有构造器的,但这是由编译器自己添加的),所以无法通过反射来实例化枚举类型。
枚举攻击!!!:
import java.lang.reflect.Constructor;
public class ReflectionSingletonAttack {
public static void main(String[] args) {
Singleton instanceOne = Singleton.getInstance();
Singleton instanceTwo = null;
try {
// 获取Singleton类的构造函数
Constructor[] constructors = Singleton.class.getDeclaredConstructors();
for (Constructor constructor : constructors) {
// 设置构造函数的访问权限为可访问
constructor.setAccessible(true);
// 使用构造函数创建一个新的Singleton实例
instanceTwo = (Singleton) constructor.newInstance();
break;
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
// 打印两个实例的哈希码
System.out.println("Instance 1 hash:" + instanceOne.hashCode());
System.out.println("Instance 2 hash:" + instanceTwo.hashCode());
}
}
枚举类单例模式抵挡枚举攻击
import java.lang.reflect.Constructor;
public class EnumReflectionAttack {
public static void main(String[] args) {
EnumSingleton instanceOne = EnumSingleton.INSTANCE;
EnumSingleton instanceTwo = null;
try {
Constructor[] constructors = EnumSingleton.class.getDeclaredConstructors();
for (Constructor constructor : constructors) {
constructor.setAccessible(true);
instanceTwo = (EnumSingleton) constructor.newInstance();
break;
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("Instance 1 hash:" + instanceOne.hashCode());
System.out.println("Instance 2 hash:" + (instanceTwo != null ? instanceTwo.hashCode() : "instance creation failed"));
}
}
在运行此代码时,您会收到类似以下的异常:
java.lang.IllegalArgumentException: Cannot reflectively create enum objects
因此,使用枚举的方式创建单例是安全的,它有效地防止了反射攻击以及解决了序列化问题。这也是为什么很多推荐使用枚举方式来实现单例模式的原因之一。