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创建型：单例模式

web 2025/8/22 14:59:41

1、核心思想

2、实现方式

2.1 饿汉式

2.2 懒汉式

2.3 枚举（Enum）

3、关键注意事项

3.1 线程安全

3.2 反射攻击

3.3 序列化与反序列化

3.4 克隆保护

4、适用场景

1、核心思想

目的：确保一个类仅有一个实例

功能：供全局访问点（通过静态方法或变量提供全局访问入口），可以选择延迟加载。

优点	缺点
严格控制实例数量，节省资源	可能隐藏类之间的依赖关系，降低可测试性
全局访问点方便管理共享资源	违背单一职责原则（管理自身生命周期）
避免频繁创建销毁对象	多线程环境需额外处理同步问题

2、实现方式

2.1 饿汉式

饿汉式：即在初始阶段就主动进行实例化，并时刻保持一种渴求的状态，无论此单例是否有人使用。

特点：类加载时立即创建实例，线程安全但可能浪费资源。

public class EagerSingleton {// static：在类加载时初始化，与类同在；  final：一旦被赋值不能被更改private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton();// 私有构造函数，禁止外部调用创建对象private EagerSingleton() {} public static EagerSingleton getInstance() {return instance;}
}

2.2 懒汉式

懒汉式：在第一次使用时，再进行初始化，防止没有人调用，提前初始化造成的资源浪费。

特点：延迟实例化，需处理线程安全问题。

1> 同步锁版本（不推荐）

public class SynchronizedSingleton {private static SynchronizedSingleton instance;private SynchronizedSingleton() {}public static synchronized SynchronizedSingleton getInstance() {if (instance == null) {instance = new SynchronizedSingleton();}return instance;}
}

注意：变量不能使用final，会导致被初始化为null，之后不可赋值

缺点：线程还没进入方法内，就先加锁排队，造成线程阻塞，资源和时间的浪费。

2> 双重检查锁（Double-Checked Locking）

public class DCLSingleton {// volatile：防止指令重排序，保证变量值在各线程访问时的同步性、唯一性private static volatile DCLSingleton instance;private DCLSingleton() {}public static DCLSingleton getInstance() {if (instance == null) { // 第一次检查，放宽入口，保证线程并发高效性synchronized (DCLSingleton.class) {if (instance == null) { // 第二次检查，加锁同步，保证实例化单次运行instance = new DCLSingleton();}}}return instance;}
}

相比“懒汉模式”，其实在大多数情况下我们通常会更多地使用“饿汉模式”，原因在于这个单例迟早是要被实例化占用内存的，延迟懒加载的意义并不大，加锁解锁反而是一种资源浪费，同步更是会降低CPU的利用率，使用不当的话反而会带来不必要的风险。

2.3 枚举（Enum）

特点：天然防止反射和序列化攻击，线程安全（推荐方式）

public enum EnumSingleton {INSTANCE; // 这是一个单例对象public void doSomething() {// 业务方法}
}

3、关键注意事项

3.1 线程安全

多线程环境下需确保实例唯一性（如双重检查锁、枚举等）。

3.2 反射攻击

通过反射可绕过私有构造函数，需额外防护（如枚举或抛出异常）。

攻击示例：

// 反射攻击代码：
Class<?> clazz = Singleton.class;
Constructor<?> constructor = clazz.getDeclaredConstructor();
constructor.setAccessible(true); // 绕过 private 权限
Singleton hackedInstance = (Singleton) constructor.newInstance(); // 创建新实例！

防御方法：在构造方法中抛异常（检测是否已存在实例，若存在则抛出异常）

private Singleton() {if (INSTANCE != null) {throw new IllegalStateException("单例已被创建，禁止反射调用！");}
}

3.3 序列化与反序列化

反序列化可能创建新实例，需实现 readResolve() 方法。

攻击示例：

// 序列化攻击代码：
Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
// 序列化
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos);
oos.writeObject(instance1);
// 反序列化
ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray());
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis);
Singleton instance2 = (Singleton) ois.readObject(); // 新实例！

防御方法：实现 readResolve() 方法，直接返回已有实例，覆盖反序列化逻辑。

public class Singleton implements Serializable {private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();private Singleton() {}// 反序列化时直接返回 INSTANCEprotected Object readResolve() {return INSTANCE;}
}

3.4 克隆保护

重写 clone() 方法并抛出异常。

若单例类实现了 Cloneable 接口，并直接使用默认的 clone() 方法（或自定义实现未做防御），攻击者可以通过调用 clone() 创建新实例，破坏单例的唯一性。

如果类不实现 Cloneable 接口，调用 clone() 会抛出 CloneNotSupportedException。

即使类未实现 Cloneable，也可显式重写 clone() 方法禁止克隆：

public class Singleton {private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();private Singleton() {}public static Singleton getInstance() {return INSTANCE;}// 防御 clone 攻击@Overrideprotected Object clone() throws CloneNotSupportedException {throw new CloneNotSupportedException("禁止克隆单例！");}
}