单例模式的创建、破坏和防破坏

「爱情、让人受尽委屈。」 2022-09-09 11:43 183阅读 0赞

### 单例模式的创建、破坏和防破坏 ###

*  前言
 *  单例模式
 *  单例模式的几种实现方式
 *   *  懒汉式，线程不安全
     *  懒汉式，线程安全
     *  饿汉式
     *  双检锁/双重校验锁
     *  登记式/静态内部类
     *  枚举
 *  破坏单例模式
 *   *  未破坏的情况
     *  破坏后的情况
 *  单例模式的防破坏

# 前言 #

> **大家所熟知的单例模式只能创建唯一一个实例，今天我们介绍几种常见的单例模式，同时说一说如何破坏单例模式，同时又怎么来防破坏。**

# 单例模式 #

**      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。**

**1、单例类只能有一个实例。  
2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。  
3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。**

# 单例模式的几种实现方式 #

## 懒汉式，线程不安全 ##

> **下面的懒汉式是线程不安全的，支持懒加载，因为没有加锁 synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式。**

**样例代码：**

public class Singleton{ 
    	private static Singleton instance;
    	private Singleton(){ 
    	}
    	public static Singleton getInstance(){ 
    	    if(instance == null){ 
    	        return new Singleton();
    	    }
    	    return instance;
    	}
    }

## 懒汉式，线程安全 ##

> **下面的这种方式可以保证线程安全，支持懒加载，优点是第一次调用才初始化，避免内存浪费。缺点是必须加锁synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率。**

**样例代码：**

public class Singleton{ 
    	private static Singleton instance;
    	private Singleton(){ 
    	}
    	public static synchronized Singleton getInstance(){ 
    	    if(instance == null){ 
    	        return new Singleton();
    	    }
    	    return instance;
    	}
    }

## 饿汉式 ##

> **饿汉式，比较常用，但是容易参生垃圾对象，这种方式不支持懒加载，线程安全，优点是没有加锁，执行效率会提高。缺点是类加载时就初始化，浪费内存。**

**样例代码：**

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

## 双检锁/双重校验锁 ##

> **这种方式支持懒加载，线程安全，这种方式采用双锁机制，安全且在多线程情况下能保持高性能。**

**样例代码：**

public class Singleton {   
        private volatile static Singleton instance;
        private Singleton(){ 
        }
        public static Singleton getInstance(){ 
            if(instance==null){ 
                synchronized (Singleton.class){ 
                    if(instance == null){ 
                        instance = new Singleton();
                    }
                }
            }
            return instance;
        } 
    }

## 登记式/静态内部类 ##

> **这种方式支持懒加载，线程安全，这种方式能达到双检锁方式一样的功效，但实现更简单。对静态域使用延迟初始化，应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况，双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。**

public class Singleton {   
        private static class SingletonHolder { 
            private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
        }
    
        private  Singleton(){ 
        }
        public static final Singleton getInstance(){ 
            return SingletonHolder.INSTANCE;
        }  
    }

## 枚举 ##

> **这种实现方式不支持懒加载，线程安全，不过还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式，它不仅能避免多线程同步问题，而且还自动支持序列化机制，防止反序列化重新创建新的对象，绝对防止多次实例化。**

public enum Singleton {   
        INSTANCE;  
        public void whateverMethod() {   
        }  
    }

**模拟一个数据库连接类：**

public enum SingletonEnum { 
        INSTANCE;
    
        private DBConnection connection = null;
        SingletonEnum(){ 
            connection = new DBConnection();
        }
    
        public DBConnection getConnection(){ 
            return connection;
        }
    }

public class DBConnection{ 
    
    }

public class TestConnection { 
        public static void main(String[] args) { 
            DBConnection con1 = DataSourceEnum.DATASOURCE.getConnection();
            DBConnection con2 = DataSourceEnum.DATASOURCE.getConnection();
            System.out.println(con1 == con2); //输出结果为true。
        }
    }

# 破坏单例模式 #

**破坏单例模式主要有两种方法：反射、反序列化**

**我们就拿最经典的饿汉式来演示破坏和防破坏。**

## 未破坏的情况 ##

**Singleton：**

/** * Keafmd * * @ClassName: Singleton * @Description: 单例模式 * @author: 牛哄哄的柯南 * @date: 2021-09-07 10:53 */
    public class Singleton { 
        private static Singleton instance = new Singleton();
        private Singleton (){ 
        }
        public static Singleton getInstance() { 
            return instance;
        }
    }

**测试类（未破坏）：**

/** * Keafmd * * @ClassName: SigletonTest * @Description: 测试类 * @author: 牛哄哄的柯南 * @date: 2021-09-07 11:04 */
    public class SingletonTest { 
        public static void main(String[] args) { 
            Singleton instance1 = Singleton.getInstance(); 
            Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
            System.out.println(instance1); //com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@610455d6
            System.out.println(instance2); //com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@610455d6
            System.out.println(instance1==instance2); //true
    
        }
    }

## 破坏后的情况 ##

**Singleton：（不改变）**

**测试类（通过反射破坏）：**

package com.keafmd.Study.designPatterns.Blog;
    
    import java.lang.annotation.Annotation;
    import java.lang.reflect.Constructor;
    import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
    
    /** * Keafmd * * @ClassName: SigletonTest * @Description: 测试类 * @author: 牛哄哄的柯南 * @date: 2021-09-07 11:04 */
    public class SingletonTest { 
        public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException { 
            Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
            Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
            System.out.println(instance1); //com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@610455d6
            System.out.println(instance2); //com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@610455d6
            System.out.println(instance1==instance2); //true
    
            //=====================破坏单例模式===================
    
            //通过反射获取实例，破坏单例
            Constructor<Singleton> constructor = Singleton.class.getDeclaredConstructor();
            constructor.setAccessible(true);
            Singleton instance11 = constructor.newInstance();
            Singleton instance22 = constructor.newInstance();
            System.out.println(instance11); //com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@511d50c0
            System.out.println(instance22); //com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@60e53b93
            System.out.println(instance11==instance22); //false 证明单例模式已经被破坏
    
        }
    }

**输出结果：**

com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@610455d6
    com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@610455d6
    true
    com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@511d50c0
    com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@60e53b93
    false
    
    Process finished with exit code 0

> **这种破坏是通过java的反射机制，创建一个实例，这种破坏方法通过setAccessible(true)的方法是java跳过检测语法，可以临时改变访问权限，就可以获取私有成员变量。**

# 单例模式的防破坏 #

> **其实防止破坏最简单的一种方式就是判断下有没有创建过实例，如果是第二次创建实例对象的时候，直接抛出异常，阻止创建即可。**

**重写Singleton类：**

package com.keafmd.Study.designPatterns.Blog;
    
    /** * Keafmd * * @ClassName: Singleton * @Description: 单例模式 * @author: 牛哄哄的柯南 * @date: 2021-09-07 10:53 */
    public class Singleton { 
    
        //阻止实例化
        private static boolean flag=true;
        
        private static Singleton instance = new Singleton();
        private Singleton (){ 
            if(!flag){ 
                throw new RuntimeException("这个单例模式类不能创建更多的对象了");
            }
        }
        public static Singleton getInstance() { 
            if(flag){ 
                flag=false; //第一次创建时就会改变flag的值，导致后面创建不成功
            }
            return instance;
        }
    }

**测试类（未改变）：**

package com.keafmd.Study.designPatterns.Blog;
    
    import java.lang.annotation.Annotation;
    import java.lang.reflect.Constructor;
    import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
    
    /** * Keafmd * * @ClassName: SigletonTest * @Description: 测试类 * @author: 牛哄哄的柯南 * @date: 2021-09-07 11:04 */
    public class SingletonTest { 
        public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException { 
            Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
            Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
            System.out.println(instance1);
            System.out.println(instance2);
            System.out.println(instance1==instance2);
    
            //=====================破坏单例模式===================
    
            //通过反射获取实例，破坏单例
            Constructor<Singleton> constructor = Singleton.class.getDeclaredConstructor();
            constructor.setAccessible(true);
            Singleton instance11 = constructor.newInstance();
            Singleton instance22 = constructor.newInstance();
            System.out.println(instance11);
            System.out.println(instance22);
            System.out.println(instance11==instance22);
    
        }
    }

**输出结果：**

com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@610455d6
    com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton@610455d6
    true
    Exception in thread "main" java.lang.reflect.InvocationTargetException
    	at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance0(Native Method)
    	at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance(NativeConstructorAccessorImpl.java:62)
    	at sun.reflect.DelegatingConstructorAccessorImpl.newInstance(DelegatingConstructorAccessorImpl.java:45)
    	at java.lang.reflect.Constructor.newInstance(Constructor.java:423)
    	at com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.SingletonTest.main(SingletonTest.java:28)
    Caused by: java.lang.RuntimeException: 这个单例模式类不能创建更多的对象了
    	at com.keafmd.Study.designPatterns.Blog.Singleton.<init>(Singleton.java:28)
    	... 5 more
    
    Process finished with exit code 1

> **这样在执行到`Singleton instance22 = constructor.newInstance();`这行的时候就会抛出异常，这样就防止了破坏。**

> **版权声明：**  
> **原创博主：牛哄哄的柯南**  
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