18、Java并发编程 - 深入单例模式（您的单例模式写对了吗？）
18、深入单例模式
单例模式编码模型：
1、构造器私有：这是单例模式的思想；
// 单例模式核心思想，构造器私有！
private Hungry(){
//这里可以编写相关逻辑
}
2、编写静态获取对象方法，至于方法中的实例怎么创建，有各种方法。
public static Hungry getInstance(){
return ......;
}
18.1. 饿汉式
饿汉式:类一加载，就创建对象
缺陷：
1、如果此类中还有其他占用内存的对象存在，一单此类加载，就会占用大量的内存
2、高并发下不安全。
package com.coding.single;
public class Hungry {
private byte[] data1 = new byte[10240];
private byte[] data2 = new byte[10240];
private byte[] data3 = new byte[10240];
private byte[] data4 = new byte[10240];
private final static Hungry HUNGRY = new Hungry();
// 单例模式核心思想，构造器私有！
private Hungry(){
}
public static Hungry getInstance(){
return HUNGRY;
}
}
18.2. 懒汉式 DCL ：Double Check Lock双重检测锁
18.2.1. 懒汉式DCL + volatile形成的三级检测锁**
双重检测：if(lazyman == null)
锁：对类加锁,synchronized (Lazyman.class)
缺陷：可能存在指令重排，导致高并发下不安全。
创建对象时，cpu运行情况：
- 分配对象的内存空间
- 执行构造方法初始化对象
- 设置实例对象指向刚分配的内存的地址， instance = 0xfffff;
线程A执行顺序可能是： 1 3 2
线程B： lazyMan = null ；
解决方案，对实例添加volatile，禁止指令重排
破坏单例方案：反射
所以，懒汉式DCL 也是不安全的
package com.interview.concurrent.single;
import java.lang.reflect.Constructor;
/**
* @author DDKK.COM 弟弟快看，程序员编程资料站
* @description 描述:懒汉式DCL:Double Check Lock双重检测锁
* 双重检测：if(lazyman == null)
* 锁：对类加锁,synchronized (Lazyman.class)
* 缺陷：可能存在指令重排
* 创建对象时，cpu运行情况：
* 1. 分配对象的内存空间
* 2. 执行构造方法初始化对象
* 3. 设置实例对象指向刚分配的内存的地址， instance = 0xfffff;
* 线程A执行顺序可能是： 1 3 2
* 线程B： lazyMan = null ；
* 解决方案，对实例添加volatile，禁止指令重排
* 破坏单例方案：反射
* 所以，懒汉式DCL + volatile形成的三级检测锁 也是不安全的
* @date 2023/2/25 0:02
*/
public class Lazyman {
private static volatile Lazyman lazyman;
private Lazyman(){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":create Lazyman");
}
public static Lazyman getInstance(){
if(lazyman == null){
synchronized (Lazyman.class){
if(lazyman == null){
lazyman = new Lazyman();
}
}
}
return lazyman;
}
public static void main(String[] args)throws Exception {
//1、多线程测试
//mutilThreadTest();
//2、使用反射破坏单例
reflectBreakSingle();
}
/**
* @description:懒汉式DCL + volatile形成的三级检测锁 ,在多线程下相对是安全的。
* @author DDKK.COM 弟弟快看，程序员编程资料站
* @date 2023/2/25 0:37
*/
private static void mutilThreadTest() throws NoSuchMethodException{
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(() ->{
Lazyman.getInstance();
}).start();
}
}
/**
* @description:使用反射破坏单例
* @author DDKK.COM 弟弟快看，程序员编程资料站
* @date 2023/2/25 0:41
*/
private static void reflectBreakSingle() throws Exception{
//使用反射破坏
Constructor<Lazyman> declaredConstructor = Lazyman.class.getDeclaredConstructor(null);
declaredConstructor.setAccessible(true);//无视构造器的private关键字
Lazyman lazyman1 = declaredConstructor.newInstance();
Lazyman lazyman2 = declaredConstructor.newInstance();
System.out.println(lazyman1);
System.out.println(lazyman2);
}
}
使用反射破坏单例，运行效果如下：
18.2.2. 使用标志位 + 三级检测锁（懒汉式DCL + volatile）
使用标志位，加强懒汉式DCL + volatile形成的三级检测锁的安全性
- 使用标志位，对构造方法进行检测
- 破坏单例方案：反射
- 所以，标志位 + 三级检测锁（懒汉式DCL + volatile）也是不安全的
package com.interview.concurrent.single;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.Field;
/**
* @author DDKK.COM 弟弟快看，程序员编程资料站
* @description 描述:使用标志位，加强懒汉式DCL + volatile形成的三级检测锁的安全性
* 使用标志位，对构造方法进行检测
* 破坏单例方案：反射
* 所以，标志位 + 三级检测锁（懒汉式DCL + volatile）也是不安全的
* @date 2023/2/25 0:02
*/
public class LazymanFlag {
private static volatile LazymanFlag lazyman;
private static boolean flag = false;
private LazymanFlag(){
synchronized (LazymanFlag.class){
if(flag == false){
flag = true;
}else{
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":不要试图用反射机制破坏单例模式");
}
}
}
public static LazymanFlag getInstance(){
if(lazyman == null){
synchronized (LazymanFlag.class){
if(lazyman == null){
lazyman = new LazymanFlag();
}
}
}
return lazyman;
}
public static void main(String[] args)throws Exception {
//1、多线程测试
//mutilThreadTest();
//2、使用反射破坏单例
reflectBreakSingle();
}
/**
* @description:标志位 + 三级检测锁（懒汉式DCL + volatile） ,在多线程下相对是安全的
* @author DDKK.COM 弟弟快看，程序员编程资料站
* @date 2023/2/25 0:37
*/
private static void mutilThreadTest() throws NoSuchMethodException{
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(() ->{
LazymanFlag.getInstance();
}).start();
}
}
/**
* @description:使用反射破坏单例
* @author DDKK.COM 弟弟快看，程序员编程资料站
* @date 2023/2/25 0:41
*/
private static void reflectBreakSingle() throws Exception{
//使用反射破坏
Constructor<LazymanFlag> declaredConstructor = LazymanFlag.class.getDeclaredConstructor(null);
declaredConstructor.setAccessible(true);//无视构造器的private关键字
//只要你的代码被别人看到，别人就能拿到属性
Field flag = LazymanFlag.class.getDeclaredField("flag");
flag.setAccessible(true);//无视这个属性
LazymanFlag lazyman1 = declaredConstructor.newInstance();
//创建了一个对象后，将此对象的flag属性设置为false，又可以继续创建新的对象。
flag.set(lazyman1,false);
LazymanFlag lazyman2 = declaredConstructor.newInstance();
System.out.println(lazyman1);
System.out.println(lazyman2);
}
}
反射方法运行效果如下：
18.3. 静态内部类
package com.interview.concurrent.single;
import java.lang.reflect.Constructor;
/**
* @author DDKK.COM 弟弟快看，程序员编程资料站
* @description 描述:静态内部类实现单例模式
* 缺陷：反射也能破坏，也是不安全的
* @date 2023/2/25 0:20
*/
public class StaticInnerClass {
private static StaticInnerClass instance;
private StaticInnerClass(){
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":create StaticInnerClass");
}
public static StaticInnerClass getInstance(){
return InnerClass.INNERCLASS;
}
private static class InnerClass{
private final static StaticInnerClass INNERCLASS = new StaticInnerClass();
}
public static void main(String[] args) throws Exception{
// mutilThreadTest();
reflectBreakSingle();
}
/**
* @description:静态内部类 ,在多线程下相对是安全的
* @author DDKK.COM 弟弟快看，程序员编程资料站
* @date 2023/2/25 0:37
*/
private static void mutilThreadTest() throws NoSuchMethodException{
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
new Thread(() ->{
StaticInnerClass.getInstance();
}).start();
}
}
/**
* @description:使用反射破坏单例
* @author DDKK.COM 弟弟快看，程序员编程资料站
* @date 2023/2/25 0:41
*/
private static void reflectBreakSingle() throws Exception{
//使用反射破坏
Constructor<StaticInnerClass> declaredConstructor = StaticInnerClass.class.getDeclaredConstructor(null);
declaredConstructor.setAccessible(true);//无视构造器的private关键字
StaticInnerClass instance1 = declaredConstructor.newInstance();
StaticInnerClass instance2 = declaredConstructor.newInstance();
System.out.println(instance1);
System.out.println(instance2);
}
}
反射方法运行效果如下：
18.4. 枚举 （最安全的）
枚举类实现单例编码模型：
1、定义枚举类对象INSTANCE(不一定是INSTANCE，但是为了书写规范，建议写成INSTANCE。)
2、定义私有的被实例化对象
3、定义枚举构造器，在里面创建要被实例化的类
4、编写公共静态获取方法，返回被实例化的类对象
示例：
1、 创建一个要被实例化的类；
class ResourceClass {
int i = 0;
public ResourceClass() {
System.out.println("ResourceClass被初始化 " + ++i + " 次");
}
}
2、 创建枚举类，用来实例化ResourceClass；
/**
* @description:枚举类实现单例编码模型：
* 1、定义枚举类对象INSTANCE(不一定是INSTANCE，但是为了书写规范，建议写成INSTANCE。)
* 2、定义私有的被实例化对象；
* 3、定义枚举构造器，在里面创建要被实例化的类
* 4、编写公共静态获取方法，返回被实例化的类对象。
* @author DDKK.COM 弟弟快看，程序员编程资料站
* @date 2023/2/25 12:37
*/
public enum EnumSingle {
//1、定义枚举类对象INSTANCE
INSTANCE;
//2、定义私有的被实例化对象
private ResourceClass instance;
//3、定义枚举构造器，在里面创建要被实例化的类
EnumSingle() {
this.instance = new ResourceClass();
System.out.println("枚举类构造函数");
}
//4、编写公共静态获取方法，返回被实例化的类对象。
public ResourceClass getInstance() {
return this.instance;
}
}
3、 编写测试类；
class ResourceClassEnumTest {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//mutilThreadTest();
reflectBreakSingle();
}
/**
* @description:多线程测试
* @author DDKK.COM 弟弟快看，程序员编程资料站
* @date 2023/2/25 13:43
*/
private static void mutilThreadTest() throws NoSuchMethodException{
for (int i = 0; i < 100; i++) {
new Thread(() ->{
ResourceClass instance1 = EnumSingle.INSTANCE.getInstance();
}).start();
}
}
/**
* @description:使用反射试图破坏单例
* @author DDKK.COM 弟弟快看，程序员编程资料站
* @date 2023/2/25 0:41
*/
private static void reflectBreakSingle() throws Exception{
ResourceClass instance1 = EnumSingle.INSTANCE.getInstance();
Constructor<EnumSingle> declaredConstructor = EnumSingle.class.getDeclaredConstructor();
declaredConstructor.setAccessible(true);
// 期望的异常 throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");
// Exception in thread "main" java.lang.IllegalArgumentException: Cannot reflectively create enum objects
// java.lang.NoSuchMethodException: com.coding.single.EnumSingle.<init>()
ResourceClass instance2 = declaredConstructor.newInstance().getInstance();
ResourceClass instance3 = declaredConstructor.newInstance().getInstance();
System.out.println(instance1);
System.out.println(instance2);
System.out.println(instance3);
}
}
多线程下运行正常
反射破坏单例运行情况：
试图使用反射破坏单例，报错
java.lang.IllegalArgumentException: Cannot reflectively create enum objects
查看Constructor源码
发现如果类是枚举类，将报异常
IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");
与我们运行得到的异常不一样
(1)javap反编译class文件
将我们的枚举类使用javap反编译，查看字节码
javap -p ***.class
（2）jad 反编译工具
Jad -s .java -8 EnumSingle.class
找到万恶之源，经过jad反编译出来的java文件，有两个参数的构造器，没有无参数构造器，如下：
// Decompiled by Jad v1.5.8g. Copyright 2001 Pavel Kouznetsov.
// Jad home page: http://www.kpdus.com/jad.html
// Decompiler options: packimports(3) ansi
// Source File Name: EnumSingle.java
package com.interview.concurrent.single;
import java.io.PrintStream;
// Referenced classes of package com.interview.concurrent.single:
// ResourceClass
public final class EnumSingle extends Enum
{
public static EnumSingle[] values()
{
return (EnumSingle[])$VALUES.clone();
}
public static EnumSingle valueOf(String name)
{
return (EnumSingle)Enum.valueOf(com/interview/concurrent/single/EnumSingle, name);
}
private EnumSingle(String s, int i)
{
super(s, i);
instance = new ResourceClass();
System.out.println("枚举类构造函数");
}
public ResourceClass getInstance()
{
return instance;
}
public static final EnumSingle INSTANCE;
private ResourceClass instance;
private static final EnumSingle $VALUES[];
static
{
INSTANCE = new EnumSingle("INSTANCE", 0);
$VALUES = (new EnumSingle[] {
INSTANCE
});
}
}
我们将我们的反射破坏单例方法进行修改，使用有参方法获取反射构造器，如下：
Constructor<EnumSingle> declaredConstructor = EnumSingle.class.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);
完整代码如下：
package com.interview.concurrent.single;
import java.lang.reflect.Constructor;
/**
* @description:枚举类实现单例编码模型：
* 1、定义枚举类对象INSTANCE(不一定是INSTANCE，但是为了书写规范，建议写成INSTANCE。)
* 2、定义私有的被实例化对象；
* 3、定义枚举构造器，在里面创建要被实例化的类
* 4、编写公共静态获取方法，返回被实例化的类对象。
* @author DDKK.COM 弟弟快看，程序员编程资料站
* @date 2023/2/25 12:37
*/
public enum EnumSingle {
//1、定义枚举类对象INSTANCE
INSTANCE;
//2、定义私有的被实例化对象
private ResourceClass instance;
//3、定义枚举构造器，在里面创建要被实例化的类
EnumSingle() {
this.instance = new ResourceClass();
System.out.println("枚举类构造函数");
}
//4、编写公共静态获取方法，返回被实例化的类对象。
public ResourceClass getInstance() {
return this.instance;
}
}
class ResourceClass {
int i = 0;
public ResourceClass() {
System.out.println("ResourceClass被初始化 " + ++i + " 次");
}
}
class ResourceClassEnumTest {
public static void main(String[] args) throws Exception {
//mutilThreadTest();
reflectBreakSingle();
}
/**
* @description:多线程测试
* @author DDKK.COM 弟弟快看，程序员编程资料站
* @date 2023/2/25 13:43
*/
private static void mutilThreadTest() throws NoSuchMethodException{
for (int i = 0; i < 100; i++) {
new Thread(() ->{
ResourceClass instance1 = EnumSingle.INSTANCE.getInstance();
}).start();
}
}
/**
* @description:使用反射试图破坏单例
* @author DDKK.COM 弟弟快看，程序员编程资料站
* @date 2023/2/25 0:41
*/
private static void reflectBreakSingle() throws Exception{
ResourceClass instance1 = EnumSingle.INSTANCE.getInstance();
//无参构造方法
//Constructor<EnumSingle> declaredConstructor = EnumSingle.class.getDeclaredConstructor(null);
//有参构造方法
Constructor<EnumSingle> declaredConstructor = EnumSingle.class.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);
declaredConstructor.setAccessible(true);
// 期望的异常 throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");
// Exception in thread "main" java.lang.IllegalArgumentException: Cannot reflectively create enum objects
// java.lang.NoSuchMethodException: com.coding.single.EnumSingle.<init>()
ResourceClass instance2 = declaredConstructor.newInstance().getInstance();
ResourceClass instance3 = declaredConstructor.newInstance().getInstance();
System.out.println(instance1);
System.out.println(instance2);
System.out.println(instance3);
}
}
测试，运行效果如下：
注：枚举没有无参构造，只有有参构造。