Java单例模式的创建,破坏和防破坏详解

Java单例模式的创建,破坏和防破坏详解

目录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总结

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：

phttp://ublic 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

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）

/**

* 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（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 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 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.(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。

总结

本篇文章就到这里了，希望能够给你带来帮助，也希望您能够多多关注我们的更多内容！

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