Java Singleton设计模式

它是Java中最简单的设计模式之一。

如果有人问我哪种设计模式好，那么我会很自豪地说Singleton。

但是，当他们深入询问单身人士的概念时，我感到很困惑。

真的单身是那么困难吗？

确实不是，但是它有许多我们需要了解的场景（尤其是初学者）。

定义：

在所有情况下，该类只应允许一个实例，并且我们应提供对该实例的全局访问点。

定义就像1,2,3和A，B，C，D一样简单。

让我们看看如何实现Singleton类。

我们如何确保对象始终都是一个？

提示：将对象创建逻辑仅放在一个位置，并且不允许用户每次尝试执行该逻辑时都只能执行一次。

对象创建逻辑->它是什么
我们如何用Java创建对象？

是的，使用构造函数，我们不应该允许用户每次尝试访问构造函数并执行它。
但是我们应该这样做一次，至少要得到一个对象。

那么，如何确保构造函数只能访问和执行一次？

防止在类外部访问构造函数，以使任何外部人员都无法创建实例。
如何使它->如何防止类外部的方法访问？
简单，将make方法作为私有权限，类似地将构造函数作为私有权限。
防止构造函数在类中多次执行。
如何制作->这有多种实现方式，下面以示例来看。

如果满足以上两个条件，则我们班级将始终有一个对象。该类称为Singleton，因为它在我们请求的所有时间都产生单个对象。

没有太多理论，我们现在将开始执行它。

创建单例对象的方法有很多：

方法1

急于初始化或使用前初始化

package com.kb.singleton;public class EagerSingletonClass {private static volatile EagerSingletonClass singletonInstance = new EagerSingletonClass();//making constructor as private to prevent access to outsidersprivate EagerSingletonClass() {}public static EagerSingletonClass getInstance(){return singletonInstance;}}

EagerSingletonClass的实例在类启动时创建。由于它是静态的，因此会在加载EagerSingletonClass的过程中加载并创建它。

Junit测试类为上述类的单例测试。

package com.kb.singleton;import static org.junit.Assert.*;import org.junit.Test;public class EagerSingletonClassTest {@Testpublic void testSingleton() {EagerSingletonClass instance1 = EagerSingletonClass.getInstance();EagerSingletonClass instance2 = EagerSingletonClass.getInstance();System.out.println("checking singleton objects equality");assertEquals(true, instance1==instance2);}}

优势：
此策略在加载类期间创建对象，因此从多线程方案中可以更快更安全。我们只需要使实例具有可变性即可处理多线程方案。

坏处：

这种策略会在类加载本身时创建实例，因此，如果我们不使用它，那么这将浪费整个时间和内存来创建实例。因此，最好在需要时选择一种策略来创建实例。

什么时候使用以上策略？
只要我们100％确保在我们的应用程序中肯定使用了该对象。
要么当物体不重时，我们可以管理速度和内存。

方法2

延迟初始化或在需要时初始化

与其在启动时创建对象，不如在需要时创建对象，这是很好的。因此，让我们看看如何做到这一点：

package com.kb.singleton;public class LazySingleton {private static volatile LazySingleton singletonInstance = null;//making constructor as private to prevent access to outsidersprivate LazySingleton() {}public static LazySingleton getInstance(){if(singletonInstance==null){synchronized (LazySingleton.class) {singletonInstance = new LazySingleton();}}return singletonInstance;}}

在以上程序中，仅当通过getInstance（）方法发出请求时，我们才创建了一个对象。

在此，在首次调用getInstance（）的过程中，对象“ singletonInstance”将为null，并在条件变为true时执行if条件块并创建一个对象。

然后，对getInstance（）方法的后续调用将返回相同的object。

但是，如果我们看一下多线程方案，问题就出在以下上下文中：2个线程t1和t2调用getInstance（）方法，线程t1执行if（singletonInstance == null）并发现singletonInstance为null，因此它进入同步块以创建一个宾语。

但是在执行对象创建逻辑之前，如果线程t2执行if（singletonInstance == null），那么它还将发现singletonInstance为null，因此它还将尝试输入同步块，但是由于已经输入的第一个线程t1，它没有锁。

因此，线程t2等待线程t1完成同步块的执行。

因此线程t1执行并创建对象。现在线程t2也正在等待同步块时进入同步块，并再次创建对象。

因此，两个线程创建了两个对象。因此无法实现单例。

解决上述问题的方法是“ 双重检查锁定”。

它说在我们在同步块内执行对象创建的逻辑之前，请重新检查同步块内的实例变量。

这样，我们可以避免多个线程多次创建对象。

怎么样？

线程t1检查条件if（singletonInstance == null），第一次为true，因此它进入同步块，然后再次检查条件if（singletonInstance == null），这也为true，因此创建了对象。

现在线程t2进入方法getInstance（）并假定它已在线程t1执行对象创建逻辑之前执行了if（singletonInstance == null）条件，然后t2也等待进入同步块。

在线程t1从同步块中出来之后，线程t2进入了同一个块，但是我们再次在其中有if条件if（singletonInstance == null）但线程t1已经创建了一个对象，它使条件变为false并进一步停止执行并返回相同的实例。

让我们看看如何在代码中完成它：

package com.kb.singleton;public class LazySingletonDoubleLockCheck {private static volatile LazySingletonDoubleLockCheck singletonInstance = null;//making constructor as private to prevent access to outsidersprivate LazySingletonDoubleLockCheck() {}public static LazySingletonDoubleLockCheck getInstance(){if(singletonInstance==null){synchronized (LazySingleton.class) {if(singletonInstance ==null){singletonInstance = new LazySingletonDoubleLockCheck();}}}return singletonInstance;}}

让我们做单元测试

package com.kb.singleton;import static org.junit.Assert.*;import org.junit.Test;public class LazySingletonDoubleLockCheckTest {@Testpublic void testSingleton() {LazySingletonDoubleLockCheck instance1 = LazySingletonDoubleLockCheck.getInstance();LazySingletonDoubleLockCheck instance2 = LazySingletonDoubleLockCheck.getInstance();System.out.println("checking singleton objects equality");assertEquals(true, instance1==instance2);//fail("Not yet implemented");}}

上面的实现是针对单例模式的最佳建议解决方案，它最适合于单线程，多线程等所有情况。

方法3

使用内部类的单例

让我们看一下下面的使用内部类创建对象的代码：

package com.kb.singleton;public class SingletonUsingInnerClass {private SingletonUsingInnerClass() {}private static class LazySingleton{private static final SingletonUsingInnerClass  SINGLETONINSTANCE = new SingletonUsingInnerClass();}public static SingletonUsingInnerClass getInstance(){return LazySingleton.SINGLETONINSTANCE;}}

单元测试代码

package com.kb.singleton;import static org.junit.Assert.*;import org.junit.Test;public class SingletonUsingInnerClassTest {@Testpublic void testSingleton() {SingletonUsingInnerClass instance1 = SingletonUsingInnerClass.getInstance();SingletonUsingInnerClass instance2 = SingletonUsingInnerClass.getInstance();System.out.println("checking singleton objects equality");assertEquals(true, instance1==instance2);}}

以上使用内部类创建对象的方法是创建单例对象的最佳方法之一。

在这里，除非并且直到有人尝试访问LazySingleton静态内部类的静态引用变量，否则将不会创建该对象。

因此，这还将确保在需要时以及在需要时创建对象。而且实现起来非常简单。从多线程进行也是安全的。

方法4

具有序列化和反序列化的Singleton

现在假设我们的应用程序是分布式的，我们序列化我们的单例对象并将其写入文件。后来我们通过反序列化单例对象来阅读它。取消序列化对象始终会创建一个文件内具有可用状态的新对象。如果在写入文件后进行任何状态更改，然后尝试取消序列化对象，则将获得原始对象，而不是新的状态对象。因此，在此过程中我们得到了2个对象。

让我们尝试通过程序来了解这个问题：

首先->使Singleton类可序列化以序列化和反序列化此类的对象。
第二件事->将对象写入文件（序列化）
第三件事->更改对象状态第四件事-> de序列化对象

我们的单例课程如下：

package com.kb.singleton;import java.io.Serializable;public class SingletonSerializeAndDesrialize implements Serializable {private int x=100;private static volatile SingletonSerializeAndDesrialize singletonInstance = new SingletonSerializeAndDesrialize();private SingletonSerializeAndDesrialize() {}public static SingletonSerializeAndDesrialize getInstance() {return singletonInstance;}public int getX() {return x;}public void setX(int x) {this.x = x;}}

序列化我们的对象，然后对状态进行一些更改，然后取消序列化。

package com.kb.singleton;import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInput;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutput;
import java.io.ObjectOutputStream;public class SerializeAndDeserializeTest {static SingletonSerializeAndDesrialize instanceOne = SingletonSerializeAndDesrialize.getInstance();public static void main(String[] args) {try {// Serialize to a fileObjectOutput out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("filename.ser"));out.writeObject(instanceOne);out.close();instanceOne.setX(200);// Serialize to a fileObjectInput in = new ObjectInputStream(new FileInputStream("filename.ser"));SingletonSerializeAndDesrialize instanceTwo = (SingletonSerializeAndDesrialize) in.readObject();in.close();System.out.println(instanceOne.getX());System.out.println(instanceTwo.getX());} catch (IOException e) {e.printStackTrace();} catch (ClassNotFoundException e) {e.printStackTrace();}}}

输出：

200

100

它清楚地表明，即使单身，我们也有2个不同的对象。之所以发生这种情况，是因为反序列化会创建具有文件中可用状态的新实例。

如何克服这个问题？意味着如何防止在反序列化期间创建新实例？

解决方案非常简单–在您的singleton类中实现以下方法：

Access_modifier  Object readResolve() throws ObjectStreamException{
}

例：

Public Object readResolve() throws ObjectStreamException{
return modifiedInstance;
}

将其应用于上面的单例课程，则完整的单例课程如下：

package com.kb.singleton;import java.io.ObjectStreamException;
import java.io.Serializable;public class SingletonSerializeAndDesrialize implements Serializable {private int x=100;private static volatile SingletonSerializeAndDesrialize singletonInstance = new SingletonSerializeAndDesrialize();private SingletonSerializeAndDesrialize() {System.out.println("inside constructor");}public static SingletonSerializeAndDesrialize getInstance() {return singletonInstance;}public int getX() {return x;}public void setX(int x) {this.x = x;}public Object readResolve() throws ObjectStreamException{return singletonInstance;}}

现在运行上面的序列化和反序列化类，以检查两个实例的输出。

输出：

200

200

这是因为，在反序列化期间，它将调用readResolve（）方法，并且在此返回现有实例，这将阻止创建新实例并确保单例对象。

小心序列号

在序列化之后和取消序列化之前，只要类结构发生更改。然后，在反序列化过程中，它将找到一个不兼容的类，并因此引发异常：java.io.InvalidClassException：SingletonClass; 本地类不兼容：流classdesc serialVersionUID = 5026910492258526905，本地类serialVersionUID = 3597984220566440782

因此，为避免发生此异常，我们必须始终对可序列化的类使用序列号ID。其语法如下：

private static final long serialVersionUID = 1L;

所以最后通过涵盖以上所有情况，单例类的最佳解决方案如下，我建议始终使用此解决方案：

package com.kb.singleton;import java.io.Serializable;public class FinalSingleton implements Serializable{private static final long serialVersionUID = 1L;private FinalSingleton() {}private static class LazyLoadFinalSingleton{private static final FinalSingleton  SINGLETONINSTANCE = new FinalSingleton();}public static FinalSingleton getInstance(){return LazyLoadFinalSingleton.SINGLETONINSTANCE;}private Object readResolve() {return getInstance();}}