有简单又高效的方法可以实现单例模式,但没有一种方式能在任何情况下都确保单例的完整性。
单例模式是指某个类只被实例化一次,用来表示全局或系统范围的组件。单例模式常用于日志记录、工厂、窗口管理器和平台组件管理等。我认为要尽量避免使用单例模式,因为一旦实现就很难改变或重载,而且会造成编写测试用例困难、代码结构糟糕等问题。另外,下面文章中的单例模式是不安全的。
人们花大量的精力研究怎样更好地实现单例模式,但有一种简单高效的实现方法。然而,没有一种方法能在任何情况下都确保单例的完整性。阅读下文,看看你是否认同。
Final字段
这种方法将构造函数私有化,向外提供一个公有的static final对象:
1
2
3
4
5
|
public class FooSingleton {
public final static FooSingleton INSTANCE = new FooSingleton();
private FooSingleton() { }
public void bar() { }
} |
类加载时,static对象被初始化,此时私有的构造函数被第一次也是最后一次调用。即使在类初始化前有多个线程调用此类,JVM也能保证线程继续运行时该类已完整初始化。然而,使用反射和setAccessible(true)方法,可以创建其他新的实例:
1
2
3
4
|
Constructor[] constructors = FooSingleton. class .getDeclaredConstructors();
Constructor constructor = constructors[ 0 ];
constructor.setAccessible( true );
FooSingleton spuriousFoo = (FooSingleton) constructor.newInstance( new Object[ 0 ]);
|
我们需要修改构造函数,使其免于多次调用,例如当它被再次调用时抛出异常。如下这样修改FooSingleton构造函数,可以防范此类攻击:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
|
public class FooSingleton2 {
private static boolean INSTANCE_CREATED;
public final static FooSingleton2 INSTANCE = new FooSingleton2();
private FooSingleton2() {
if (INSTANCE_CREATED) {
throw new IllegalStateException( "You must only create one instance of this class" );
} else {
INSTANCE_CREATED = true ;
}
}
public void bar() { }
} |
这样看起来安全一些了,但其实要创建新的实例还是一样容易。我们只需修改INSTANCE_CREATED字段,再玩同样的把戏就可以了:
1
2
3
4
5
6
7
|
Field f = FooSingleton2. class .getDeclaredField( "INSTANCE_CREATED" );
f.setAccessible( true );
f.set( null , false );
Constructor[] constructors = FooSingleton2. class .getDeclaredConstructors();
Constructor constructor = constructors[ 0 ];
constructor.setAccessible( true );
FooSingleton2 spuriousFoo = (FooSingleton2) constructor.newInstance( new Object[ 0 ]);
|
我们采取的任何防范措施都可能被绕过,所以此方案并不可行。
静态工厂
使用这种方法,公有的成员类似静态工厂:
1
2
3
4
5
6
|
public class FooSingleton3 {
public final static FooSingleton3 INSTANCE = new FooSingleton3();
private FooSingleton3() { }
public static FooSingleton3 getInstance() { return INSTANCE; }
public void bar() { }
} |
getInstance()方法返回的永远是同一个对象引用。虽然这个方案也无法防范反射,但还是有它的一些优点。例如,可以在不改变API的情况下,改变单例的实现。getInstance()出现在几乎所有的单例实现中,它也标志着这真的是一个单例模式。
延迟加载的单例模式
(译者注:在软件工程中,Initialization-on-demand holder 这个习语指的就是延迟加载的单例模式,参见维基百科)
如果希望尽可能延迟单例的创建(懒汉式加载),可以使用延迟初始化方法,当getInstance()方法第一次调用时线程安全地创建单例。相比之前的方案当第一次引用该类时就创建单例(饿汉式加载),这是一个进步。如下:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
|
public class FooSingleton4 {
private FooSingleton4() {
}
public static FooSingleton4 getInstance() {
return FooSingleton4Holder.INSTANCE;
}
private static class FooSingleton4Holder {
private static final FooSingleton4 INSTANCE = new FooSingleton4();
}
} |
要小心序列化
如果单例实现了序列化,它就要面临另一个威胁。因此需要将所有字段声明为transient(这样它就不会被序列化)并提供一个自定义的readResolve()方法返回唯一实例INSTANCE的引用。
枚举
这里用枚举作为单例INSTANCE的容器:
1
2
3
4
5
|
public enum FooEnumSingleton {
INSTANCE;
public static FooEnumSingleton getInstance() { return INSTANCE; }
public void bar() { }
} |
根据Java语言规范8.9,“Enum的final克隆方法保证枚举永远无法被克隆,其特殊的序列化机制保证无法反序列化得到拷贝的对象。同时,还禁止利用反射对枚举进行实例化。保证了这四个方面,在枚举常量之外,就不会有其他同类的枚举实例存在。”
这样,我们似乎很简单地就防范了序列化、克隆和反射的攻击。第一次看到这段话,我立刻想要证明它是错的。如下代码所示,绕过这些保护是很容易的:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
|
Constructor con = FooEnumSingleton. class .getDeclaredConstructors()[ 0 ];
Method[] methods = con.getClass().getDeclaredMethods();
for (Method method : methods) {
if (method.getName().equals( "acquireConstructorAccessor" )) {
method.setAccessible( true );
method.invoke(con, new Object[ 0 ]);
}
}
Field[] fields = con.getClass().getDeclaredFields();
Object ca = null ;
for (Field field : fields) {
if (field.getName().equals( "constructorAccessor" )) {
field.setAccessible( true );
ca = field.get(con);
}
}
Method method = ca.getClass().getMethod( "newInstance" , new Class[]{Object[]. class });
method.setAccessible( true );
FooEnumSingleton spuriousEnum = (FooEnumSingleton) method.invoke(ca, new Object[]{ new Object[]{ "SPURIOUS_INSTANCE" , 1 }});
printInfo(FooEnumSingleton.INSTANCE);
printInfo(spuriousEnum);
} private static void printInfo(FooEnumSingleton e) {
System.out.println(e.getClass() + ":" + e.name() + ":" + e.ordinal());
} |
执行这段代码,得到结果:
1
2
|
class com.blogspot.minborgsjavapot.singleton.FooEnumSingleton:INSTANCE: 0
class com.blogspot.minborgsjavapot.singleton.FooEnumSingleton:SPURIOUS_INSTANCE: 1
|
枚举的缺点是它无法从另一个基类继承,因为它已经继承自java.lang.Enum。如果想要模拟这种继承,可以参考我另一篇文章中介绍的混入模式(mixin pattern)。
枚举的一个优点是,如果你之后希望有“二例(dualton)”或“三例(tringleton)”,只需要增加新的枚举实例即可。例如,有了一个单例的缓存之后,你也许还想给缓存引入多个层次。
结论
尽管绕过单例的这些保护并不容易,但确实没有一种万无一失的方案。如果你有更好的方案,请不吝赐教!
枚举是实现单例模式的简单而又高效的方法。如果想要有继承或懒汉式加载,延迟初始化方案是不错的选择。
祝你的单例好运!
相关推荐
Java 基础难点是 Java 开发中的一些核心概念和技术点,本节总结了 Java 中的面向对象编程、接口和继承、内部类、单例模式、垃圾回收、克隆等知识点。 一、接口和继承 在 Java 中,接口和继承是两个核心概念。接口...
* 单例类可以节省内存资源,使用懒汉式或恶汉式实现 2. 内部类: * 内部类可以继承外围类的成员变量和方法 * 内部类可以独立继承一个接口或类 * 内部类可以多实例,每个实例都有自己的状态信息 * 内部类提供了更好...
Java集合框架包括接口(如List、Set、Queue)和实现类(如ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap等)。理解它们之间的关系和使用场景,能帮助我们选择最适合的数据结构,提高代码性能。 四、多线程 Java提供了...
Java中的`extends`关键字用于实现继承。 4. **多态**: - 多态是指同一种行为在不同对象上有不同的表现形式,它使得程序更具灵活性和扩展性。Java中的接口和抽象类是实现多态的主要手段。 5. **构造器**: - ...
【JAVA实验指导】是一份非常宝贵的自学资源,它以详细且易于理解的方式涵盖了JAVA编程语言的所有关键点和难点。这份资料以Word格式呈现,使得学习者可以方便地进行编辑、注释和整理,以适应个人的学习习惯和需求。 ...
Java作为一门广泛使用的编程语言,拥有众多的知识点和难点,特别是在深入学习和实践中,往往需要对某些特定专题进行深入理解。这份"Java难点专题资料"集合了Java编程中的一些关键和复杂主题,旨在帮助学习者克服难关...
《使用Java理解程序逻辑项目案例-我行我素购物管理系统》是基于JavaSE技术实现的一个典型应用案例,旨在帮助学习者深入理解Java编程语言的逻辑结构和编程思想。在这个项目中,我们将探讨如何运用Java的基本语法、...
以下是对"Java零基础小白学习重点难点总结【老杜】"的详细解读: 1. **基础语法**: - 变量与数据类型:Java支持基本数据类型(如int、double、boolean等)和引用类型(如类、接口和数组)。理解它们的区别和用法...
并发编程是Java开发中的难点之一。《Java面试宝典2018版》可能会讲解线程的基本概念、同步机制(如synchronized和Lock)、并发工具类(如ExecutorService、Semaphore、CountDownLatch等)以及并发设计原则。熟练掌握...
"JAVA解惑"的主题针对的是Java学习过程中遇到的一些常见问题和难点,旨在帮助开发者深入理解和解决这些问题。以下是基于这个主题和描述可能涵盖的一些关键知识点: 1. **Java基础**:这可能包括变量、数据类型、...
Java开发者应该熟悉单例、工厂、观察者、装饰器、适配器、策略、代理等经典设计模式。了解并熟练运用设计模式可以提高代码的可读性、可维护性和可扩展性。 5. **Excel技巧**:在数据分析或项目管理中,Excel往往被...
2. **Java的23种设计模式%28疯狂Java总结%29.doc**: 设计模式是解决常见软件设计问题的模板,23种设计模式是经典的分类,包括工厂模式、单例模式、装饰器模式等,是进阶开发者必备知识。 3. **Java语言编码规范.doc...
同时,论文部分将详细阐述项目的背景、设计思路、实现方法以及可能遇到的技术难点和解决方案,这对于学习者来说是非常宝贵的学习材料。 【标签解析】 "java 毕业设计" 这个标签说明这个项目可能是某位学生作为毕业...
这份PDF高清版不仅提供了全面的知识点梳理,还强调了面试过程中可能遇到的重点和难点。 首先,Java语言基础是面试中的必考部分。这包括了变量、数据类型、运算符、流程控制语句(如if、switch、for、while等)以及...
JavaGuide 【Java学习+面试指南】 一份涵盖大部分Java程序员所需要掌握的核心知识。 介绍 对于 Java 初学者来说: 本文档倾向于给你提供一个比较详细的学习路径,让你对于Java整体的知识体系...Java 基础知识疑难点/
通常,这类文档会包含需求分析、系统设计、主要功能的实现方法、技术难点及解决方案等内容,帮助读者理解整个项目的构建过程。 2. image.rar:这是一个压缩文件,可能包含了项目中用到的各种图片资源,例如图标、...
【文件名称】"传智播客JAVA 内部.txt"可能是这个压缩包中的一个文本文件,里面可能包含了课程大纲、学习路径、重点难点解析,或者是对整个教程的介绍和指导。这样的文件对于学习者来说,是一个很好的起点,可以帮助...
《JAVA局域网飞鸽传书软件设计与实现》是一个基于Java技术的文件传输应用,主要针对局域网环境中的文件快速分享...同时,毕业设计文档会详细阐述设计思路、实现方法和技术难点,对于理解整个系统的工作原理非常有帮助。
此外,设计模式如工厂设计、代理设计和单例设计是Java开发者必备的知识,它们贯穿于整个学习路线。异常处理操作和Java新特性,如泛型、枚举、注解(Annotation),也是开发者需要掌握的重要技术。 其次,多线程是...