设计模式面试题（二）

1.单例优缺点

单例模式是一种常用的设计模式，它确保一个类仅有一个实例，并提供一个全局访问点。单例模式的使用具有一定的优点，同时也伴随着一些潜在的缺点。

优点

资源控制：单例模式能够确保资源如数据库连接或文件系统的一致访问，防止资源冲突。
内存占用减少：由于实例唯一，单例模式帮助减少系统内存的使用，避免重复对象的创建和销毁。
全局访问点：提供了一个访问唯一实例的全局访问点，方便从系统任何其他代码位置访问该实例。
数据共享：单例实例作为全局实例，便于在不同的程序模块间共享数据。
延迟初始化：单例模式支持延迟初始化（懒汉式），仅在需要时创建实例，节省资源和减少启动时间。

缺点

违背单一职责原则：单例类除了管理自身的实例外，还承担了业务逻辑的职责，违背了单一职责原则。
全局状态引起的问题：单例模式在多线程环境下，如果不正确处理，会引入全局状态的问题，如实例在多线程间共享时可能出现同步问题。
对测试的影响：单例的全局状态使得单元测试变得困难，尤其是当单例类不遵循接口时，很难被Mock替代。
扩展困难：由于单例模式的实例是全局唯一的，扩展和修改单例类的功能可能会影响到所有使用该实例的地方。
隐藏依赖：单例模式的使用可能会隐藏类之间的依赖关系，而不是通过接口或构造函数注入，这降低了代码的可读性和可维护性。

结论

单例模式在需要控制资源访问或确保全局唯一性时非常有用，但是它也带来了一些设计上的挑战，尤其是在大型、复杂系统中。使用单例模式时应该仔细考虑其对系统设计的影响，尽可能地遵循设计原则，如依赖倒置原则和接口隔离原则，以保持代码的灵活性和可测试性。在某些情况下，考虑使用依赖注入框架来管理单例实例，可能是更好的选择。

2.单例模式使用注意事项

选择合适的单例模式创建方式依赖于应用的需求、资源的特性以及环境的限制。下面是几种常见的单例创建方式以及它们各自的适用场景：

1. 懒汉式（线程不安全）

特点：实例在首次使用时创建。
适用场景：单线程环境，或者实例创建开销小且在程序生命周期中很早就会被用到。

2. 懒汉式（线程安全）

特点：实例在首次使用时创建，通过同步机制确保线程安全。
适用场景：多线程环境，但对性能要求不是特别高，因为同步操作只需要在实例创建时执行一次，之后获取实例不再需要同步。

3. 饿汉式

特点：类加载时就完成了实例的初始化，基于类加载机制避免了多线程的同步问题。
适用场景：单例对象占用资源少，按需加载不是必须的场景，或者确保实例的创建不依赖于参数和配置设置。

4. 双重检查锁定（Double-Checked Locking）

特点：在实例未初始化时才同步，避免了每次访问时的同步开销。
适用场景：多线程环境中，需要延迟实例化并且确保实例只被创建一次。

5. 静态内部类

特点：利用类加载机制保证初始化实例时只有一个线程。
适用场景：既需要延迟加载，又要确保线程安全。静态内部类方式在很多情况下是最推荐的单例实现方式，它既能保证延迟加载，又能保证高效的线程安全。

6. 枚举方式

特点：最简单的实现方式，通过Java枚举类型本身的特性，保证实例创建的安全性和唯一性。
适用场景：实现单例的最佳方法之一。不仅能避免多线程同步问题，还能防止反序列化重新创建新的对象。

总结

对于大部分多线程场景，双重检查锁定和静态内部类方式是较好的选择，它们既保证了懒加载，又保证了高效的线程安全。
如果单例类的实例在应用启动时就必须被使用，或者实例的创建开销不重要，可以选择饿汉式。
如果需要绝对的序列化安全，可以使用枚举方式实现单例。

在选择单例模式的实现方式时，应该根据实际需求和具体情况做出合理的决策。

3.单例防止反射漏洞攻击

在Java中，反射可以用来绕过私有构造函数的限制，从而创建多个单例对象的实例，这违反了单例模式的原则。为了防止这种反射攻击，可以采取一些措施确保单例类的安全性。

1. 抛出异常

在单例类的私有构造方法中检查实例是否已经存在，如果存在，则抛出一个异常。这样可以阻止通过反射创建第二个实例。

public class Singleton {private static Singleton instance;private Singleton() {if (instance != null) {throw new IllegalStateException("Instance already exists!");}}public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new Singleton();}return instance;}
}

2. 使用枚举实现单例

Java枚举类型（enum）提供了一种简单的方式来实现单例模式，而且枚举类型天然防止了通过反射和序列化攻击的可能性。

public enum Singleton {INSTANCE;public void someMethod() {// 方法实现}
}

在这种方法中，Singleton.INSTANCE总是返回相同的实例，JVM保证枚举值是全局唯一的。此外，Java禁止通过反射来创建枚举实例，这自然防止了通过反射创建新实例的漏洞。

3. 使用内部静态类

虽然使用内部静态类本身不能防止反射攻击，但结合私有构造方法内的安全检查，可以提供双重保障。

public class Singleton {private Singleton() {if (SingletonHolder.INSTANCE != null) {throw new IllegalStateException("Instance already exists!");}}private static class SingletonHolder {private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();}public static Singleton getInstance() {return SingletonHolder.INSTANCE;}
}