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Java设计模式之单例模式以及如何防止通过反射破坏单例模式

news 来源：原创 2024/5/20 12:06:15

单例模式

单例模式使用场景

什么是单例模式？保障一个类只能有一个对象（实例）的代码开发模式就叫单例模式
什么时候使用？工具类！（一种做法，所有的方法都是static，还有一种单例模式让工具类只有一个实例）某类工厂（SqlSessionFactory）

实现方式

1. 饿汉

/*** 饿汉模式(迫切加载)*/
public class Singleton01 {//构造私有化private Singleton01(){}//2 创建一个private对象private static final Singleton01 INSTANCE = new Singleton01();//这个地方就体现饿汉，一来就创建对象给他//3 提供一个static方法来获取你的这个单实例对象public static Singleton01 newInstance(){return INSTANCE;}
}

测试代码

public class MyTest {public static void main(String[] args) {Singleton01 singleton01 = Singleton01.newInstance();Singleton01 singleton02 = Singleton01.newInstance();System.out.println(singleton01.equals(singleton02));}
}

输出为true说明两个对象是相同的

2. 懒汉（懒汉太懒了，要用的时候才能创建。）

/*** 懒汉模式(懒加载) 单线程*/
public class Singleton02 {private Singleton02() {}//2 创建一个private对象private static Singleton02 INSTANCE;//3 提供一个static方法来获取你的这个单实例对象 只适合在单线程中public static Singleton02 newInstance() {if(INSTANCE == null){INSTANCE = new Singleton02()}return INSTANCE;}
}

测试代码

public class MyTest {public static void main(String[] args) {Singleton02 singleton03 = Singleton02.newInstance();Singleton02 singleton04 = Singleton04.newInstance();System.out.println(singleton03.equals(singleton04));}
}

输出为true说明两个对象是相同的
懒汉模式只要不调用newInstance()方法 INSTANCE就一直为空只用调用了才会创建

测试代码(如果多线程就不是单例了)

public class MyTest {public static void main(String[] args) {for (int i = 0; i < 10; i++) {new Thread(() -> Singleton02.newInstance()).start();}}
}

运行结果
在这里插入图片描述

说明有不同的线程都调用到了构造方法
解决方法：加锁
1.方法上加锁
public static synchronized Singleton02 newInstance()
缺点：锁住整个方法里面还有业务逻辑效率降低很多
2.synchronized代码块

/*** 懒汉模式(懒加载)*/
public class Singleton02 {private Singleton02() {}//2 创建一个private对象private static Singleton02 INSTANCE;//3 提供一个static方法来获取你的这个单实例对象//方案1：方法锁,里面还有业务逻辑//public static synchronized  Singleton02 newInstance(){public static Singleton02 newInstance() {//方案2：锁代码块//synchronized (Singleton02.class){ // 100个线程哪怕有一个已经创建了也要排队if (INSTANCE == null) {//多线程来了？ T1 T2synchronized (Singleton02.class) {if (INSTANCE == null) {INSTANCE = new Singleton02();}}}//}//此处有10W行代码....return INSTANCE;}//普通方法public String getConnection() {return "I am connection!";}
}

在这里插入图片描述

只会有一个线程调用到构造方法

写到这里是不是觉得单例模式已经可以了？
但是这个代码也不是绝对安全的，不绝对是单例利用反射去创建类的对象可以将单例进行破坏写个测试代码

public class MyTest {
public static void main(String[] args) throws Exception{//正常获取Singleton02 instance = Singleton02.newInstance();//通过反射获取Class<? extends Singleton02> aClass = instance.getClass();//注意：构造方法是私有的Constructor<? extends Singleton02> declaredConstructor = aClass.getDeclaredConstructor(null);declaredConstructor.setAccessible(true);Singleton02 instance02 = declaredConstructor.newInstance();System.out.println(instance);System.out.println(instance02);}
}

在这里插入图片描述

生成了两个对象，说明已经通过反射将单例破坏掉了

修改代码

/*** 懒汉模式(懒加载)*/
public class Singleton02 {private Singleton02() {synchronized (Singleton02.class) {if (INSTANCE != null){throw new RuntimeException("防止反射破坏单例");}}}//2 创建一个private对象private static Singleton02 INSTANCE;//3 提供一个static方法来获取你的这个单实例对象//方案1：方法锁,里面还有业务逻辑//public static synchronized  Singleton02 newInstance(){public static Singleton02 newInstance() {//方案2：锁代码块//synchronized (Singleton02.class){ // 100个线程哪怕有一个已经创建了也要排队if (INSTANCE == null) {//多线程来了？ T1 T2synchronized (Singleton02.class) {if (INSTANCE == null) {INSTANCE = new Singleton02();}}}//}//此处有10W行代码....return INSTANCE;}//普通方法public String getConnection() {return "I am connection!";}
}

在这里插入图片描述

那到这一步反射就不能搞破坏了吗？
答案是可以的 为什么？
因为第一次创建的时候使用的是正常的方式肯定会调用构造方法
将第一个打印放到反射创建之前就会打印出第一个的对象第二次通过反射再拿一个对象就不行如果我两次都使用反射来获取对象

public class MyTest {
public static void main(String[] args) throws Exception{
Class<? extends Singleton02> aClass = Singleton02.class;//注意：构造方法是私有的Constructor<? extends Singleton02> declaredConstructor = aClass.getDeclaredConstructor(null);declaredConstructor.setAccessible(true);Singleton02 instance01 = declaredConstructor.newInstance();Singleton02 instance02 = declaredConstructor.newInstance();System.out.println(instance01);System.out.println(instance02);}
}

在这里插入图片描述

ok 单例又被破坏
还有没有其他方法？
不管是反射还是正常都会调用构造方法那就先搞一个字段flag来进行校验

package org.jhy._01singleton;/*** 懒汉模式(懒加载)*/
public class Singleton02 {private static Boolean flag = false;private Singleton02() {
//        synchronized (Singleton02.class) {
//            if (INSTANCE != null){
//                throw new RuntimeException("防止反射破坏单例");
//            }
//        }if (flag == false) {flag = true;} else {throw new RuntimeException("防止反射破坏单例");}}//2 创建一个private对象private static Singleton02 INSTANCE;//3 提供一个static方法来获取你的这个单实例对象//方案1：方法锁,里面还有业务逻辑//public static synchronized  Singleton02 newInstance(){public static Singleton02 newInstance() {//方案2：锁代码块//synchronized (Singleton02.class){ // 100个线程哪怕有一个已经创建了也要排队if (INSTANCE == null) {//多线程来了？ T1 T2synchronized (Singleton02.class) {if (INSTANCE == null) {INSTANCE = new Singleton02();}}}//}//此处有10W行代码....return INSTANCE;}//普通方法public String getConnection() {return "I am connection!";}
}

public class MyTest {
public static void main(String[] args) throws Exception{
//通过反射获取Class<? extends Singleton02> aClass = Singleton02.class;//注意：构造方法是私有的Constructor<? extends Singleton02> declaredConstructor = aClass.getDeclaredConstructor(null);declaredConstructor.setAccessible(true);Singleton02 instance01 = declaredConstructor.newInstance();//获取字段名Field flag = aClass.getDeclaredField("flag");flag.setAccessible(true);//获取之后复位 认为又是第一次flag.set(instance01,false);Singleton02 instance02 = declaredConstructor.newInstance();System.out.println(instance01);System.out.println(instance02);}
}

在这里插入图片描述

ok，单例又被破坏了
那么反射真的就无所不能了吗？？？

让我们来看看newInstance()这个方法的源码
在这里插入图片描述

不能通过反射创建枚举的对象，所以用枚举就能防止反射破坏单例

public enum Singleton03 {INSTANCE;public void testMethod(){System.out.println("执行了单例类的方法");}
}// Test.java
class Test {public static void main(String[] args) {//演示如何使用枚举写法的单例类Singleton03.INSTANCE.testMethod();System.out.println(Singleton03.INSTANCE);Singleton03 instance01 = Singleton03.INSTANCE;Singleton03 instance02 = Singleton03.INSTANCE;System.out.println(instance01.equals(instance02));}
}