实话实说,关于单例模式,网上有N多个版本。你估计也看过很多版本。但看完了又能怎样?我技术群里的一位小伙伴,上周面试,就因为一个单例模式,然后叫他回去等通知了。
创新互联建站网络公司拥有十余年的成都网站开发建设经验,上千客户的共同信赖。提供成都网站制作、成都网站建设、网站开发、网站定制、买友情链接、建网站、网站搭建、响应式网站、网页设计师打造企业风格,提供周到的售前咨询和贴心的售后服务
下面是这位同学被问到的问题:
1、说说单例模式的特点?
2、你知道单例模式的具体使用场景吗?
3、单例模式常见写法有几种?
4、怎么样保证线程安全?
5、怎么不会被反射攻击?
6、怎样保证不会被序列化和反序列化的攻击?
7、枚举为什么会不会被序列化?
.....
你也可以尝试行的回答这几个题,看看自己能回答上几个。
单例模式(Singleton Pattern)是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式,它提供了一种创建对象的最佳方式。
这种模式涉及到一个单一的类,该类负责创建自己的对象,同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式,可以直接访问,不需要实例化该类的对象。
特点:
**目的:**保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。
案例:一家企业只能有一个CEO,有多个了其实乱套了。
需要确保任何情况下都绝对只有一个实例。
比如:ServletContext、ServletConfig、ApplicationContext、DBTool等,都使用到了单列模式。
饿汉式
从名字上就能看出,饿汉:饿了就得先吃饱,所以,一开始就搞定了。
饿汉式主要是使用了static,饿汉式也有两种写法,但本质可以理解为是一样的。
- public class HungrySingleton{
- private static final HungrySingleton INSTANCE;
- static {
- INSTANCE=new HungrySingleton();
- }
- // private static final HungrySingleton INSTANCE=new HungrySingleton();
- private HungrySingleton(){
- }
- public static HungrySingleton getInstance(){
- return INSTANCE;
- }
- }
饿汉式有个致命的缺点:浪费空间,不需要也实例化。如果是成千上万个,也这么玩,想想有多恐怖。
于是,就会想到,能不能在使用的时候在实例化,从而引出了懒汉式。
懒汉式
顾名思义,就是需要的时候再创建,因为懒,你不调用我方法,我是不会干活的。
下面是懒汉式的Java代码实现:
- public class LazySingleton {
- private static LazySingleton lazySingleton = null;
- private LazySingleton() {
- }
- public static LazySingleton getInstance() {
- if (lazySingleton == null) {//01
- lazySingleton = new LazySingleton();//02
- }
- return lazySingleton;
- }
- }
进入getInstance方法,先判断lazySingleton是否为空,为空,则创建一个对象,然后返回此对象。
但是,问题来了:
两个线程同时进入getInstance方法,然后都去执行01这行代码,都是true,然后各自进去创建一个对象,然后返回自己创建的对象。
这岂不是不满足只有唯一 一个对象的了吗?所以这类存在线程安全的问题,那怎么解决呢?
第一印象肯定都是想到加锁。于是,就有了下面的线程安全的懒加载版本:
- public class LazySingleton {
- private static LazySingleton lazySingleton = null;
- private LazySingleton() {
- }
- //简单粗暴的线程安全问题解决方案
- //依然存在性能问题
- public synchronized static LazySingleton getInstance() {
- if (lazySingleton == null) {
- lazySingleton = new LazySingleton();
- }
- return lazySingleton;
- }
- }
给getInstance方法加锁同步锁标志synchronized,但是又涉及到锁的问题了,同步锁是对系统性能优影响的,尽管JDK1.6后,对其做了优化,但它毕竟还是涉及到锁的开销。
每个线程调用getInstance方法时候,都会涉及到锁,所以又对此进行了优化成为了大家耳熟能详的双重检查锁。
双重检查锁
代码实现如下:
- public class LazyDoubleCheckSingleton {
- private static LazyDoubleCheckSingleton lazyDoubleCheckSingleton = null;
- private LazyDoubleCheckSingleton() {
- }
- public static LazyDoubleCheckSingleton getInstance() {
- if (lazyDoubleCheckSingleton == null) {//01
- synchronized (LazyDoubleCheckSingleton.class) {
- if (lazyDoubleCheckSingleton == null) {//02
- lazyDoubleCheckSingleton = new LazyDoubleCheckSingleton();
- }
- }
- }
- return lazyDoubleCheckSingleton;
- }
- }
这段代码中,在01行,如果不为空,就直接返回,这是第一次检查。如果为空,则进入同步代码块,02行又进行一次检查。
双重检查就是现实if判断、获取类对象锁、if判断。
上面这段代码,看似没问题,其实还是有问题的,比如:指令重排序(需要有JVM知识垫底哈)
指令重排是什么意思呢?
比如java中简单的一句
- lazyDoubleCheckSingleton = new LazyDoubleCheckSingleton();
会被编译器编译成如下JVM指令:
memory =allocate(); //1:分配对象的内存空间
ctorInstance(memory); //2:初始化对象
instance =memory; //3:设置instance指向刚分配的内存地址
但是这些指令顺序并非一成不变,有可能会经过JVM和CPU的优化,指令重排成下面的顺序:
memory =allocate(); //1:分配对象的内存空间
instance =memory; //3:设置instance指向刚分配的内存地址
ctorInstance(memory); //2:初始化对象
为了防止指令重排序,所以,我们可以使用volatile来做文章(注意:volatile能防止指令重排序和线程可见性)。
于是,更好的版本就出来了。
- public class LazyDoubleCheckSingleton {
- //使用volatile修饰
- private volatile static LazyDoubleCheckSingleton lazyDoubleCheckSingleton = null;
- private LazyDoubleCheckSingleton() {
- }
- public static LazyDoubleCheckSingleton getInstance() {
- if (lazyDoubleCheckSingleton == null) {
- synchronized (LazyDoubleCheckSingleton.class) {
- if (lazyDoubleCheckSingleton == null) {
- lazyDoubleCheckSingleton = new LazyDoubleCheckSingleton();
- }
- }
- }
- return lazyDoubleCheckSingleton;
- }
- }
尽管相比前面的版本,确实改进了很多,但依然有同步锁,还是会影响性能问题。于是,又进行优化为静态内部类方式:
下面是静态内部类的代码实现:
利用了内部类的特性,在JVM底层,能完美的规避了线程安全的问题,这种方式也是目前很多项目里喜欢使用的方式。
但是,还是会存在潜在的风险,什么风险呢?
可以使用 反射 暴力的串改,同样也会出现创建多个实例:
反射代码实现如下:
- import java.lang.reflect.Constructor;
- public class LazyStaticSingletonTest {
- public static void main(String[] args) {
- try {
- Class> clazz = LazyStaticSingleton.class;
- Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor(null);
- //强行访问
- constructor.setAccessible(true);
- Object object = constructor.newInstance();
- Object object1 = LazyStaticSingleton.getInstance();
- System.out.println(object == object1);
- } catch (Exception ex) {
- ex.printStackTrace();
- }
- }
- }
这段代码运行结果为false。
所以,上面说的双重检查锁的方式,通过反射,还是会存在潜在的风险。怎么办呢?
在《Effect java 》这本书中,作者推荐使用枚举来实现单例模式,因为枚举不能被反射。
枚举
下面是枚举式的单例模式的代码实现:
- public enum EnumSingleton {
- INSTANCE;
- private Object data;
- public Object getData() {
- return data;
- }
- public static EnumSingleton getInstance(){
- return INSTANCE;
- }
- }
我们把上面反射的那个代码,来测试这个枚举式单例模式。
- public class EnumTest {
- public static void main(String[] args) {
- try {
- Class> clazz = EnumSingleton.class;
- Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor(null);
- //强行访问
- constructor.setAccessible(true);
- Object object = constructor.newInstance();
- Object object1 = EnumSingleton.getInstance();
- System.out.println(object == object1);
- } catch (Exception ex) {
- ex.printStackTrace();
- }
- }
- }
运行这段代码:
- java.lang.NoSuchMethodException: com.tian.my_code.test.designpattern.singleton.EnumSingleton.
() - at java.lang.Class.getConstructor0(Class.java:3082)
- at java.lang.Class.getDeclaredConstructor(Class.java:2178)
- at com.tian.my_code.test.designpattern.singleton.EnumTest.main(EnumTest.java:41)
还真的不能用反射来搞。如果此时面试官,为什么枚举不能被反射呢?
为什么枚举不能被反射呢?
我们在反射的代码中
- Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor(null);
这行代码是获取他的无参构造方法。并且,从错误日志中,我们也可以看到,错误出现就是在getConstructor0方法中,并且,提示的是没有找到无参构造方法。
很奇怪,枚举也是类,不是说如果我们不给类显示定义构造方法时候,会默认给我们创建一个无参构造方法吗?
于是,我想到了一个办法,我们可以使用jad这个工具去反编译的我们的枚举式单例的.class文件。
找到我们的class文件所在目录,然后我们可以执行下面这个命令:
- C:\Users\Administrator>jad D:\workspace\my_code\other-local-demo\target\classes
- com\tian\my_code\test\designpattern\singleton\EnumSingleton.class
- Parsing D:\workspace\my_code\other-local-demo\target\classes\com\tian\my_code\t
- st\designpattern\singleton\EnumSingleton.class... Generating EnumSingleton.jad
注意:class文件目录以及生成的jad文件所在的目录。
然后打开EnumSingleton.jad 文件:
于是,我就想到了,那我们使用有参构造方法来创建:
- public class EnumTest {
- public static void main(String[] args) {
- try {
- Class> clazz = EnumSingleton.class;
- Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);
- //强行访问
- constructor.setAccessible(true);
- Object object = constructor.newInstance("田维常",996);
- Object object1 = EnumSingleton.getInstance();
- System.out.println(object == object1);
- } catch (Exception ex) {
- ex.printStackTrace();
- }
- }
- }
再次运行这段代码,结果:
- java.lang.IllegalArgumentException: Cannot reflectively create enum objects
- at java.lang.reflect.Constructor.newInstance(Constructor.java:417)
- at com.tian.my_code.test.designpattern.singleton.EnumTest.main(EnumTest.java:45)
提示很明显了,就是不让我们使用反射的方式创建枚举对象。
- public T newInstance(Object ... initargs)
- throws InstantiationException, IllegalAccessException,
- IllegalArgumentException, InvocationTargetException
- {
- if (!override) {
- if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {
- Class> caller = Reflection.getCallerClass();
- checkAccess(caller, clazz, null, modifiers);
- }
- }
- //Modifier.ENUM就是用来判断是否为枚举的
- if ((clazz.getModifiers() & Modifier.ENUM) != 0)
- throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");
- ConstructorAccessor ca = constructorAccessor; // read volatile
- if (ca == null) {
- ca = acquireConstructorAccessor();
- }
- @SuppressWarnings("unchecked")
- T inst = (T) ca.newInstance(initargs);
- return inst;
- }
所以,到此,我们才算真正的理清楚了,为什么枚举不让反射的原因。
序列化破坏
我们以非线程安全的饿汉式来演示一下,看看序列化是如何破坏到了模式的。
- public class ReflectTest {
- public static void main(String[] args) {
- // 准备两个对象,singleton1接收从输入流中反序列化的实例
- HungrySingleton singleton1 = null;
- HungrySingleton singleton2 = HungrySingleton.getInstance();
- try {
- // 序列化
- FileOutputStream fos = new FileOutputStream("HungrySingleton.txt");
- ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
- oos.writeObject(singleton2);
- oos.flush();
- oos.close();
- // 反序列化
- FileInputStream fis = new FileInputStream("HungrySingleton.txt");
- ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
- singleton1 = (HungrySingleton) ois.readObject();
- ois.close();
- System.out.println(singleton1);
- System.out.println(singleton2);
- System.out.println(singleton1 == singleton2);
- } catch (Exception e) {
- e.printStackTrace();
- }
- }
- }
运行结果:
- com.tian.my_code.test.designpattern.singleton.HungrySingleton@7e6cbb7a
- com.tian.my_code.test.designpattern.singleton.HungrySingleton@452b3a41
- false
看到了吗?
使用序列化是可以破坏到了模式的,这种方式,可能很多人不是很清楚。
如何防止呢?
我们对非线程安全的饿汉式代码进行稍微修改:
- public class HungrySingleton implements Serializable{
- private static final HungrySingleton INSTANCE;
- static {
- INSTANCE=new HungrySingleton();
- }
- private HungrySingleton(){
- }
- public static HungrySingleton getInstance(){
- return INSTANCE;
- }
- //添加了readResolve方法,并返回INSTANCE
- private Object readResolve方法,并返回(){
- return INSTANCE;
- }
- }
再次运行上那段序列化测试的代码,其结果如下:
- com.tian.my_code.test.designpattern.singleton.HungrySingleton@452b3a41
- com.tian.my_code.test.designpattern.singleton.HungrySingleton@452b3a41
- true
嘿嘿,这样我们是不是就避免了只创建了一个实例?
答案:否
在类ObjectInputStream的readObject()方法中调用了另外一个方法readObject0(false)方法。在readObject0(false)方法中调用了checkResolve(readOrdinaryObject(unshared))方法。
在readOrdinaryObject方法中有这么一段代码:
- Object obj;
- try {
- //是否有构造方法,有构造放就创建实例
- obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null;
- } catch (Exception ex) {
- ...
- }
- //判断单例类是否有readResolve方法
- if (desc.hasReadResolveMethod()) {
- Object rep = desc.invokeReadResolve(obj);
- }
- //invokeReadResolve方法中
- if (readResolveMethod != null) {
- //调用了我们单例类中的readResolve,并返回该方法返回的对象
- //注意:是无参方法
- return readResolveMethod.invoke(obj, (Object[]) null);
- }
绕了半天,原来他是这么玩的,上来就先创建一个实例,然后再去检查我们的单例类是否有readResolve无参方法,我们单例类中的readResolve方法
- private Object readResolve(){
- return INSTANCE;
- }
我们重写了readResolve()无参方法,表面上看是只创建了一个实例,其实只创建了两个实例。
紧接着,面试官继续问:枚举式单例能不能被序列化破坏呢?
枚举式单例能不能被序列化破坏呢?
答案:不能被破坏,请看我慢慢给你道来。
don't talk ,show me the code。
我们先来验证一下是否真的不能被破坏,请看代码:
- public class EnumTest {
- public static void main(String[] args) {
- // 准备两个对象,singleton1接收从输入流中反序列化的实例
- EnumSingleton singleton1 = null;
- EnumSingleton singleton2 = EnumSingleton.getInstance();
- try {
- // 序列化
- FileOutputStream fos = new FileOutputStream("EnumSingleton.obj");
- ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
- oos.writeObject(singleton2);
- oos.flush();
- oos.close();
- // 反序列化
- FileInputStream fis = new FileInputStream("EnumSingleton.obj");
- ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
- singleton1 = (EnumSingleton) ois.readObject();
- ois.close();
- System.out.println(singleton1);
- System.out.println(singleton2);
- System.out.println(singleton1 == singleton2);
- } catch (Exception e) {
- e.printStackTrace();
- }
- }
- }
运行结果:
- INSTANCE
- INSTANCE
- true
确实,枚举式单例是不会被序列化所破坏,那为什么呢?总得有个证件理由吧。
在类ObjectInputStream的readObject()方法中调用了另外一个方法readObject0(false)方法。在readObject0(false)方法中调用了checkResolve(readOrdinaryObject(unshared))方法。
- case TC_ENUM:
- return checkResolve(readEnum(unshared));
在readEnum方法中
- private Enum> readEnum(boolean unshared) throws IOException {
- if (bin.readByte() != TC_ENUM) {
- throw new InternalError();
- }
- Class> cl = desc.forClass();
- if (cl != null) {
- try {
- @SuppressWarnings("unchecked")
- //重点
- Enum> en = Enum.valueOf((Class)cl, name);
- result = en;
- //...其他代码省略
- }
- }
- }
- public static
> T valueOf(Class enumType, - String name) {
- //enumType.enumConstantDirectory()返回的是一个HashMap
- //通过HashMap的get方法获取
- T result = enumType.enumConstantDirectory().get(name);
- if (result != null)
- return result;
- if (name == null)
- throw new NullPointerException("Name is null");
- throw new IllegalArgumentException(
- "No enum constant " + enumType.getCanonicalName() + "." + name);
- }
- //返回一个HashMap
- Map
enumConstantDirectory() { - if (enumConstantDirectory == null) {
- T[] universe = getEnumConstantsShared();
- if (universe == null)
- throw new IllegalArgumentException(
- getName() + " is not an enum type");
- //使用的是HashMap
- Map
m = new HashMap<>(2 * universe.length); - for (T constant : universe)
- m.put(((Enum>)constant).name(), constant);
- enumConstantDirectory = m;
- }
- return enumConstantDirectory;
- }
所以,枚举式单例模式是使用了Map
在Spring中也是有大量使用这种注册式单例模式,IOC容器就是典型的代表。
本文讲述了单例模式的定义、单例模式常规写法。单例模式线程安全问题的解决,反射破坏、反序列化破坏等。
注意:不要为了套用设计模式,而使用设计模式。而是要,在业务上遇到问题时,很自然地联想单设计模式作为一种捷径方法。
单例模式的优缺点
优点
在内存中只有一个实例,减少内存开销。可以避免对资源的多重占用。设置全局访问点,严格控制访问。
缺点
没有借口,扩展性很差。如果要扩展单例对象,只有修改代码,没有其他途径。
单例模式是 不符合开闭原则的。
知识点
单例模式的重点知识总结:
本文转载自微信公众号「Java后端技术全栈」,可以通过以下二维码关注。转载本文请联系Java后端技术全栈公众号。
网页标题:初级必备:单例模式的7个问题
当前地址:http://www.shufengxianlan.com/qtweb/news12/484612.html
网站建设、网络推广公司-创新互联,是专注品牌与效果的网站制作,网络营销seo公司;服务项目有等
声明:本网站发布的内容(图片、视频和文字)以用户投稿、用户转载内容为主,如果涉及侵权请尽快告知,我们将会在第一时间删除。文章观点不代表本网站立场,如需处理请联系客服。电话:028-86922220;邮箱:631063699@qq.com。内容未经允许不得转载,或转载时需注明来源: 创新互联