Java 设计模式 —— 单例模式

Java
2217

单例形式

懒汉模式

public class SingleDemo {
    private static SingleDemo instance;

    private SingleDemo() {}

    public SingleDemo getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new SingleDemo();
        }

        return instance;
    }
}

饥饿模式

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

枚举式

public enum EnumSingleDemo {
    INSTANCE;
    public  void method() {
        // do work.
    }
}

存在问题

懒汉式为什么是线程不安全的

  • 单例模式有两种实现方式，即大家所熟悉的饿汉式和懒汉式。二者的区别是创建实例的时机，饿汉式在应用启动时就创建了 实例，饿汉式是线程安全的，是绝对单例的。懒汉式在对外提供的获取方法被调用时会实例化对象。在多线程情况下，懒汉模式不是线程安全的

JVM 编译器的 指令重排 对 懒汉模式 单例的影响

  • 指令重排
    • Singleton instance = new Singleton()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

- 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
  • 影响
    • 当线程 A 执行完1,3,时，准备走2，即 instance 对象还未完成初始化，但已经不再指向 null
    • 此时如果线程 B 抢占到CPU资源，执行 if（instance == null）的结果会是 false
    • 从而返回一个没有初始化完成的instance对象

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  • 解决
    • 利用关键字 volatile 来修饰 instance 对象，阻止变量访问前后的指令重排，从而保证了指令的执行顺序

序列化、反序列化对单例的破坏

  • 序列化意义是将实现序列化的Java对象转换成字节序列，这些字节序列可以被保存在磁盘上，或者通过网络传输。以备以后重新恢复成原来的对象。
  • 对于单例类使用序列化、反序列化操作时，会破坏单例(序列化前的对象和反序列化后得到的对象内存地址不同)
import java.io.*;
 
public class LazySingleTon implements Serializable {
    private LazySingleTon(){
    }
    public static  LazySingleTon getInstance(){
        return  InnerClass.lazySingleTon;
    }
    private static class InnerClass{
        private  static LazySingleTon lazySingleTon = new LazySingleTon();
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("tempFile"));
        oos.writeObject(LazySingleTon.getInstance());
        File file = new File("tempFile");
        ObjectInputStream ois =  new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
        LazySingleTon newInstance = (LazySingleTon) ois.readObject();
        //判断是否是同一个对象
        System.out.println(newInstance);
        System.out.println(LazySingleTon.getInstance());
        System.out.println(newInstance == LazySingleTon.getInstance());
    }
 }
  • w
    • 运行结果
com.rbac.console.singleton.LazySingleTon@2d38eb89
com.rbac.console.singleton.LazySingleTon@cc34f4d
false
  • 原因分析
    • 从ois.readObject()这个方法为入口，即ObjectInputStream类的readObject方法找到readObject0方法中的switch片段，判断反序列化对象类型，此时对象类型是Object

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- 找到readObject0方法中的switch片段，判断反序列化对象类型，此时对象类型是Object

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- 返回值会调用readOrdinaryObject方法，readOrdinaryObject方法中的三目允许算符判断了对象是不是可实例化的，如果是可实例化的会通过newInstance()方法反射实例化一个新的对象，所以序列化前的对象和反序列化后得到的对象不同
  • 解决方案
    • 解决方案是在单例类中加一个readResolve方法
public class LazySingleTon implements Serializable {
    //其他方法，略

    /**
         * 解决序列化、反序列化破坏单例
         * @return
         */
    public Object readResolve(){
        return getInstance();
    }
}

- 输出

com.rbac.console.singleton.LazySingleTon@cc34f4d
com.rbac.console.singleton.LazySingleTon@cc34f4d
true

- 可以看到这次序列化前后对象一致，单例没有被破坏
  • 原因
    • 在刚才分析的readOrdinaryObject方法有调用hasReadResolveMethod的判断，这个方法是验证目标类是否包含一个方法名为readResolve的方法，如果有就执行desc.invokeReadResolve，通过反射调用单例类的LazySingleTon的readResolve方法，即我们刚才加的readResolve方法，并将获得的对象返回，所以序列化前后对象相同！阻止了单例被破坏

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