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這篇文章主要為大家展示了java如何實現單例模式，內容簡而易懂，希望大家可以學習一下，學習完之后肯定會有收獲的，下面讓小編帶大家一起來看看吧。
1.最基本的單例模式
/**
* @author LearnAndGet
* @time 2018年11月13日
* 最基本的單例模式 */public class SingletonV1 {
private static SingletonV1 instance = new SingletonV1();;
//構造函數私有化
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());
}
}//運行結果如下：589873731
5898737312.類加載時不初始化實例的模式
上述單例模式在類加載的時候，就會生成實例，可能造成空間浪費，如果需要修改成，在需要使用時才生成實例，則可修改代碼如下：
public class SingletonV2
{ private static SingletonV2 instance; //構造函數私有化
private SingletonV2() {}
public static SingletonV2 getInstance()
{ if(instance == null)
{ instance = new SingletonV2();
}
return instance; }
}然而，上述方案雖然在類加載時不會生成實例，但是存在線程安全問題，如果線程A在執行到第10行時，線程B也進入該代碼塊，恰好也執行好第10行，此時如果實例尚未生成，則線程A和線程B都會執行第12行的代碼，各自生成一個實例，此時就違背了單例模式的設計原則。實際測試代碼如下：
public class SingletonTest {
@Test public void test02() throws Exception
{
for(int i=0;i<1000;i++)
{
Thread th2 = new getInstanceThread();
th2.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();
}
}
}
}經過多次測試，可能產生如下輸出結果：
3.線程安全的單例模式
在上述單例模式下進行改進，在getInstance方法前加入 Sychronized關鍵字，來實現線程安全，修改后代碼如下：
public class SingletonV3 {
private static SingletonV3 instance;
//構造函數私有化
private SingletonV3() {}
//synchronized關鍵字在靜態方法上，鎖定的是當前類：
public static synchronized SingletonV3 getInstance()
{
if(instance == null)
{
instance = new SingletonV3();
}
return instance;
}
}增加sychronized關鍵字后，確實能夠改善線程安全問題，但是也帶來了額外的鎖開銷。性能受到一定影響。舉例來說，此時如果有1000個線程都需要使用SingletonV3實例，因為加鎖的位置在getInstance上，因此，每個線程都必須等待其他獲取了鎖的線程完全執行完鎖中的方法后，才能夠進入該方法并獲取自己的實例。
4.雙重校檢+線程安全單例模式
于是可以在上述代碼的基礎上，只有當Singleton實例未被初始化時，對實例化方法加鎖即可。在Singleton實例已經被初始化時，無需加鎖，直接返回當前Singleton對象。代碼如下：
private static SingletonV4 instance;
//構造函數私有化
private SingletonV4() {}
public static SingletonV4 getInstance()
{
if(instance == null)
{
synchronized(SingletonV4.class)
{
//雙重校檢
if(instance == null)
{
instance = new SingletonV4();
}
}
}
return instance;
}5.內部類單例模式
盡管上述方案解決了同步問題，雙重校檢也使得性能開銷大大減小，但是，只有有synchronized關鍵字的存在。性能多多少少還是會有一些影響，此時，我們想到了 "內部類"的用法。
①.內部類不會隨著類的加載而加載
②.一個類被加載，當且僅當其某個靜態成員（靜態域、構造器、靜態方法等）被調用時發生。
靜態內部類隨著方法調用而被加載，只加載一次，不存在并發問題，所以是線程安全。基于此，修改代碼如下：
public class SingletonV5 {
//構造函數私有化
private SingletonV5() {}
static class SingetonGet
{
private static final SingletonV5 instance = new SingletonV5();
}
public static SingletonV5 getInstance()
{
return SingetonGet.instance;
}
}6.反射都不能破壞的單例模式
靜態內部類實現的單例模式，是目前比較推薦的方式，但是在java功能強大反射的機制下，它就是個弟弟，此時利用反射仍然能夠創建出多個實例，以下是創建實例的代碼：
@Test
public void test4()
{
//普通方式獲取實例s1，s2
SingletonV5 s1 = SingletonV5.getInstance();
SingletonV5 s2 = SingletonV5.getInstance();
//利用反射獲取實例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());
}輸出結果如下：
589873731
589873731
200006406
2052001577
可以看到，s1和s2擁有相同的哈希碼，因此他們是同一個實例，但是s3、s4，是通過反射后用構造函數重新構造生成的實例，他們均與s1，s2不同。此時單例模式下產生了多個不同的對象，違反了設計原則。
基于上述反射可能造成的單例模式失效，考慮在私有的構造函數中添加是否初始化的標記位，使私有構造方法只可能被執行一次。
public class SingletonV6 { //是否已經初始化過的標記位
private static boolean isInitialized = false;
//構造函數中，當實例已經被初始化時，不能繼續獲取新實例
private SingletonV6()
{ synchronized(SingletonV6.class)
{ if(isInitialized == false)
{
isInitialized = !isInitialized;
}else
{ throw new RuntimeException("單例模式被破壞...");
}
}
} static class SingetonGet
{ private static final SingletonV6 instance = new SingletonV6();
}
public static SingletonV6 getInstance()
{ return SingetonGet.instance;
}
}測試代碼如下：
@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());
}運行上述代碼時，會拋出異常：
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: 單例模式被破壞... at SingletonTest.SingletonV6.<init>(SingletonV6.java:26) ... 28 more2052001577
7.序列化反序列化都不能破壞的單例模式
經過上述改進，反射也不能夠破壞單例模式了。但是，依然存在一種可能造成上述單例模式產生兩個不同的實例，那就是序列化。當一個對象A經過序列化，然后再反序列化，獲取到的對象B和A是否是同一個實例呢，驗證代碼如下：
/**
* @Author {LearnAndGet}
* @Time 2018年11月13日
* @Discription:測試序列化并反序列化是否還是同一對象 */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 { //將s1序列化（記得將Singleton實現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();
}
}
}輸出結果如下：
1118140819
990368553
可見，此時序列化前的對象s1和經過序列化->反序列化步驟后的到的對象s2，并不是同一個對象，因此，出現了兩個實例，再次違背了單例模式的設計原則。
為了消除問題，在單例模式類中，實現Serializable接口之后 添加對readResolve()方法的實現：當從I/O流中讀取對象時，readResolve()方法都會被調用到。實際上就是用readResolve()中返回的對象直接替換在反序列化過程中創建的對象，而被創建的對象則會被垃圾回收掉。這就確保了在序列化和反序列化的過程中沒人可以創建新的實例,修改后的代碼如下：
package SingletonTest;import java.io.Serializable;/**
* @author LearnAndGet
*
* @time 2018年11月13日
*
*/public class SingletonV6 implements Serializable{ //是否已經初始化過的標記位
private static boolean isInitialized = false;
//構造函數中，當實例已經被初始化時，不能繼續獲取新實例
private SingletonV6()
{ synchronized(SingletonV6.class)
{ if(isInitialized == false)
{
isInitialized = !isInitialized;
}else
{ throw new RuntimeException("單例模式被破壞...");
}
}
} static class SingetonGet
{ private static final SingletonV6 instance = new SingletonV6();
}
public static SingletonV6 getInstance()
{ return SingetonGet.instance;
} //實現readResolve方法
private Object readResolve()
{ return getInstance();
}
}重新運行上述序列化和反序列過程，可以發現，此時得到的對象是同一對象。
1118140819
1118140819
8.總結
在實際開發中，根據自己的需要，選擇對應的單例模式即可，不一樣非要實現第7節中那種無堅不摧的單例模式。畢竟不是所有場景下都需要實現序列化接口， 也并不是所有人都會用反射來破壞單例模式。因此比較常用的是第5節中的，內部類單例模式，代碼簡潔明了，且節省空間。
以上就是關于java如何實現單例模式的內容，如果你們有學習到知識或者技能，可以把它分享出去讓更多的人看到。
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