第20次文章：內部類+單例設計模式
- 2019 年 10 月 8 日
- 筆記
本周首先緊接上周沒有寫完的內部類，詳情點擊《第19次文章：類加載器的加密解密+內部類》，再加單例模式的實現。
一、另外兩種內部類的基本用法
（3）方法類基本用法：
–方法內部類的地位和方法內的局部變量 的地位類似
因此不能修飾局部變量的修飾符也不能修飾局部內部類，譬如public、private、protected、static、transient等。
-方法內部類只能在聲明的方法內是可見的
因此定義局部內部類之後，想用的話就要在此方法內直接實例化，記住這裡順序不能反了，一定是要先聲明後使用，否則編譯器就會找不到。
-方法內部類不能訪問定義它的方法內的局部變量，除非這個變量被定義為final
本質原因：局部變量和內部類生命周期不一致所致！
-方法內部類只能包含非靜態成員！
（4）匿名內部類基本用法：
-匿名內部類的實例化方式：new SomeInterfaceOrClass(){………};
意思是創造了一個實現（繼承）了SomeInterfaceOrClass的類的對象；
-根據聲明的位置，判斷匿名內部類是成員內部類還是方法內部類。註：一般是方法內部類，這就具備方法內部類的特性。
-三種使用方法：
（1）接口式
（2）繼承式
（3）參數式
對於匿名類，我們利用一段實例進行詳解：
/** * 測試匿名內部類的幾種方式 */public class Demo05 { public static void main(String[] args) { Outer05 o5 = new Outer05(); o5.test(); }} class Outer05{ //參數式匿名內部類 public void test02(Car car) { car.run(); } public void test() { //匿名內部類(接口式)，由於本內部類定義在方法中，也是方法內部類 Runnable runnable = new Runnable() { @Override public void run() { } }; //匿名內部類，繼承式 Car car = new Car() { @Override public void run() { System.out.println("繼承式子類的汽車跑"); } }; car.run(); //利用參數式 test02(new Car() { @Override public void run() { System.out.println("參數式匿名內部類，車在跑"); } }); }} class Car{ public void run () { System.out.println("汽車跑"); }}
查看一下結果：
tips:
（1）在這段代碼中，我們分別介紹了匿名內部類的三種模式，對於第一種接口式，我們使用Runnable進行創建，然後重新定義其中的run方法，可以在裏面增添我們需要的相關操作。
（2）對於繼承式，我們首先需要創建一個父類Car，然後我們再來利用繼承關係，創建一個匿名的繼承式匿名內部類，在使用繼承式匿名類的時候，我們同樣可以更改父類的原有方法。
（3）利用參數式的匿名內部類，需要根據方法的要求，在傳遞參數的時候，直接創建一個匿名類，並且可以根據我們自己的需求修改其原有方法。
（4）匿名內部類的最大特點就是，我們創建的對象沒有名稱，這也就代表着我們對於此類只能在其創建的時候使用一次。使用結束之後，我們就無法再次利用匿名類了。在實際情況中，也的確有很多對象我們只會使用一次。此時使用匿名類就是一個很好的選擇。
二、設計模式GOF23
1、創建型模式
-單列模式，工廠模式，抽象工廠模式，建造者模式，原型模式
2、結構型模式
-適配器模式，橋接模式，裝飾模式，組合模式，外觀模式，享元模式，代理模式
3、行為型模式
-模板方法模式，命令模式、迭代器模式、觀察者模式、中介者模式、備忘錄模式、解釋器模式、狀態模式、策略模式、職責鏈模式、訪問者模式。
三、單例模式
1、核心作用：
保證一個類只有一個實例，並且提供一個訪問實例的全局訪問點。比如說我們在打開Windows下的資源管理器的時候，無論我們打開多少次，每次打開的對象都會指向同一個資源管理器，但是QQ就不一樣了啊，如果你不斷的點擊QQ的快捷方式，它會不斷的產生新的QQ登錄界面，這就不屬於單例模式。
2、優點：
-由於單例模式只生成一個實例，減少了系統性能開銷，當一個對象的產生需要比較多的資源時，如讀取配置文件、產生其他依賴對象時，則可以通過在應用啟動時直接產生一個單例對象，然後永久駐留內存的方式來解決。
-單例模式可以在系統設計全局的訪問點，優化環共享資源訪問，例如可以設計一個單例類，負責所有數據表的映射處理。
3、常見的5中單例模式實現方式：
（1）主要：
-餓漢式（線程安全，調用效率高。但是，不能延時加載。）
-懶漢式（線程安全，調用效率不高。但是，可以延時加載。）
（2）其他：
-雙重檢測鎖式（由於JVM底層內部模型原因，偶爾會出問題，不建議使用）
-靜態內部類式（線程安全，調用效率高。但是，可以延時加載）
-枚舉單例（線程安全，調用效率高，不能延時加載。並且可以天然的防止反射和反序列化漏洞）
4、單例模式的實現與檢測
我們對5種單例模式都進行了相應的實現。下面我們主要對餓漢式和懶漢式進行一個詳解。
實現的主要思想：由於是屬於單例模式，每次創建或者打開得到的是同一個對象，所以我們首先需要將構造器私有化，不能讓外部的用戶隨意的創建對象。而每次創建對象的時候，我們就需要去查看是否已經有這個類的對象存在了，如果存在的話，就不能再創建新對象了，而是將已經創建好的對象直接返回給用戶。
（1）首先看一下餓漢式：
package com.peng.singleton;/** * 測試餓漢式單例模式 *一旦此類開始初始化，就已經new出一個對象了，但是此對象後續可能沒有使用到。 */public class SingletonDemo01 { //類初始化時，立即加載這個對象（沒有延時加載的優勢）。加載類時，天然的是線程安全的！ private static SingletonDemo01 singletonDemo01 = new SingletonDemo01(); //私有構造器 private SingletonDemo01() { } //方法沒有同步，調用效率高！ public static SingletonDemo01 getInstance() { return singletonDemo01; }}
（2）再看一下懶漢式：
package com.peng.singleton; /** * 測試懶漢式單例模式 */ public class SingletonDemo02 { //類初始化的時候，不初始化這個對象（延遲加載，真正使用的時候再創建） private static SingletonDemo02 instance; //構造器私有化 private SingletonDemo02() { } //方法同步，調用效率低 public static synchronized SingletonDemo02 getInstance() { if (instance == null) { instance = new SingletonDemo02(); } return instance; }}
（3）我們檢測一下最後的效果：
package com.peng.singleton; /** * 檢測單例模式 */public class Client { public static void main(String[] args) { SingletonDemo01 s1 = SingletonDemo01.getInstance(); SingletonDemo01 s2 = SingletonDemo01.getInstance(); System.out.println(s1); System.out.println(s2); SingletonDemo02 s3 = SingletonDemo02.getInstance(); SingletonDemo02 s4 = SingletonDemo02.getInstance(); System.out.println(s3 == s4); }}
結果如下所示：
tips：
1.我們分別創建兩個餓漢式和懶漢式的單例模式，然後對比每種單例模式最後產生的對象是否相同，由最後的結果可以看出，餓漢式的兩個對象s1和s2是相同的，懶漢式的兩個對象s3和s4也是相同的。
2.在SingletonDemo01中，我們在類的設計過程時，為了避免外界對構造器的調用，我們首先就將構造器私有化，然後創建一個靜態對象singletonDemo01，並且將其初始化一個新對象，最後給外界留一個公開的獲取該對象的方法getInstance（），直接將最開始初始化的對象返回給用戶，這樣就保證了用戶無法自己創建該對象，只能獲取該對象，而獲取到的對象一直都是同一個對象。同時我們也可以看到，在加載此類的時候，局部變量singletonDemo01直接被初始化了，所以這種模式不具有延時加載的效果，被稱為餓漢式單例模式。
3.在SingletonDemo02中，思想與SingletonDemo01相似，但是我們注意到兩者之間的區別在於，SingletonDemo01中，一旦加載該類，靜態對象singletonDemo01就會被立即加載，而在SingletonDemo02中，靜態對象instance只有在我們實際調用的時候才會被加載，這就屬於一個延時加載，極大的節約了資源。但是在調用的時候需要考慮多線程的問題，避免重複加載，造成單例模式的失效。所以我們在方法getInstance的前面需要加上synchronized進行方法同步。這樣也就降低了SingletonDemo02的效率。由於SingletonDemo02隻有在需要的時候才去初始化對象，所以我們稱SingletonDemo02為懶漢式。
5、問題：
在java中擁有一種動態機制，反射和序列化，這種動態機制（詳情見：第15次文章：反射+動態編譯+腳本引擎）可以破解上面幾種（不包含枚舉式）單例實現方式。所以針對這種安全漏洞，我們需要設計相應的處理方法來進行解決。我們新建一個懶漢式類SingletonDemo06來進行說明。
（1）對於反射
在反射機制中，主要是通過獲取類的一個class對象，然後通過這個class對象，調用類對象的構造器，創建相應的類。具體如下所示：
/** * 測試反射和反序列化破解單例模式 */public class Client2 { public static void main(String[] args) throws Exception { SingletonDemo06 s1 = SingletonDemo06.getInstance(); SingletonDemo06 s2 = SingletonDemo06.getInstance(); System.out.println(s1); System.out.println(s2); //通過反射的方式直接調用私有構造器 Class<SingletonDemo06> clazz = (Class<SingletonDemo06>) Class.forName("com.peng.singleton.SingletonDemo06"); Constructor<SingletonDemo06> c = clazz.getDeclaredConstructor(null); c.setAccessible(true); SingletonDemo06 s3 = c.newInstance(null); SingletonDemo06 s4 = c.newInstance(null); System.out.println(s3); System.out.println(s4)； }}
查看一下結果：
tips:
如圖所示，我們通過反射機制，生成了兩個不同的對象s3和s4。這就屬於一個單例的漏洞。針對這個問題的關鍵還是在於懶漢式的構造器。我們的解決方案就可以在構造器中手動拋出異常，針對這個解決方案，我們將SingletonDemo06中的構造器改為：
private SingletonDemo06() { //破解反射構造多個對象 if(instance != null) { throw new RuntimeException(); } }
改造之後，我們再來查看一下結果：
tips:
當我們再利用反射機制時，一旦檢測到靜態變量instance不是空的時候，就會拋出異常，阻止其繼續創建新對象。
（2）對於序列化
序列化的原理在於將對象轉換為位元組數組進行存儲以及獲取。我們首先對其進行測試
/** * 測試反射和反序列化破解單例模式 */public class Client2 { public static void main(String[] args) throws Exception { SingletonDemo06 s1 = SingletonDemo06.getInstance(); SingletonDemo06 s2 = SingletonDemo06.getInstance(); System.out.println(s1); System.out.println(s2); //通過反序列化的方式構造多個對象 FileOutputStream fos = new FileOutputStream("G:/java學習/test/a.txt"); ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos); oos.writeObject(s1); oos.close(); fos.close(); ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("G:/java學習/test/a.txt")); SingletonDemo06 s5 = (SingletonDemo06) ois.readObject(); System.out.println(s5); }}
查看一下結果：
tips:
如圖所示，對於同一個對象s1，經過序列化的處理之後，獲取得到的對象成為了一個新對象。所以此處也破解了單例模式的實現。針對序列化的本質核心，我們在SingletonDemo06中過定義readResolve（）防止獲得不同對象。反序列化時，如果對象所在類定義了readResolve（）（實際是一種回調），定義返回哪個對象。在SingletonDemo06中定義的readResolve（）方法如下所示：
//反序列化時，如果定義了readResolve()則直接返回此方法指定的對象。而不需要單獨再創建新對象! private Object readResolve() throws ObjectStreamException{ return instance; }
修改之後，我們再來查看最後的結果：
6、如何選用
在上面的講解中，我們主要講解了餓漢式和懶漢式的細節，其餘的三種由於和兩種主要的單例模式比較類似，枚舉式較為特殊，下面直接給出5種模式的對比，便於我們使用時候的選擇：
-單例對象佔用資源少，不需要延時加載：枚舉式好於餓漢式
-單例對象佔用資源大，需要延時加載：靜態內部類式好於懶漢式
