一、单例模式的应用场景
单例模式(singleton Pattern)是指确保一个类在任何情况下都绝对只有一个实例,并提供一个全局访问点。J2EE中的ServletContext,ServletContextConfig等;Spring中的ApplicationContext、数据库连接池等。
二、饿汉式单例模式
饿汉式单例模式在类加载的时候就立即初始化,并且创建单例对象。它是绝对的线程安全、在线程还没出现以前就实现了,不可能存在访问安全问题。
优点:没有增加任何锁,执行效率高,用户体验比懒汉式好。
缺点:类加载的时候就初始化了,用不用都进行,浪费内存。
Spring 中IoC容器ApplocationContext本身就是典型的饿汉式单例模式:
public class HungrySingleton { private static final HungrySingleton h = new HungrySingleton(); private HungrySingleton() { } public static HungrySingleton getInstance() { return h; } }
饿汉式单例模式适用于单例对象较少的情况。
三、懒汉式单例模式
被外部调用才会加载:
public class LazySimpleSingleton { private LazySimpleSingleton() { } private static LazySimpleSingleton lazy = null; public static LazySimpleSingleton getInstance() { if (lazy == null) { lazy = new LazySimpleSingleton(); } return lazy; } }
利用线程创建实例:
public class ExectorThread implements Runnable { @Override public void run() { LazySimpleSingleton simpleSingleton = LazySimpleSingleton.getInstance(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + simpleSingleton); } }
客户端代码:
public class LazySimpleSingletonTest { public static void main(String[] args) { Thread t1 = new Thread(new ExectorThread()); Thread t2 = new Thread(new ExectorThread()); t1.start(); t2.start(); System.out.println("END"); } }
结果:
END Thread-1:[email protected] Thread-0:[email protected]
可以看到 产生的两个实例的内存地址不同说明产生了两个实例,大家可以通过以下打断点的方式实现不同Thread运行状态见进行切换。
要解决线程问题第一反应是加 synchronized 加在创建实例的地方:public static synchronized LazySimpleSingleton getInstance(),但当线程数量较多时,用Synchronized加锁,会使大量线程阻塞,就需要更好的解决办法:
public static LazySimpleSingleton getInstance() { if (lazy == null) { synchronized (LazySimpleSingleton.class) { if (lazy == null) { lazy = new LazySimpleSingleton(); } } } return lazy; }
synchronized (lock) lock这个对象就是 “锁”,当两个并行的线程a,b,当a先进入同步块,即a先拿到lock对象,这时候a就相当于用一把锁把synchronized里面的代码锁住了,现在只有a才能执行这块代码,而b就只能等待a用完了lock对象锁之后才能进入同步块。但是用到 synchronized 总归是要上锁的,对性能还是有影响,那就用这种方式:用内部类的方式进行懒加载。
public class LazyInnerClassSingleton { private LazyInnerClassSingleton() { } private static final LazyInnerClassSingleton getIngestance() { return LazyHolder.LAZY; } private static class LazyHolder { private static final LazyInnerClassSingleton LAZY = new LazyInnerClassSingleton(); } }
内部类在LazyInnerClassSingleton类加载时加载,解决了饿汉式的性能问题,LazyInnerClassSingleton在内部类加载时,getIngestance()方法被调用之前实例化,解决了线程不安全问题。
四、反射破坏单例
public class LazyInnerClassSingletonTest { public static void main(String[] args) { try { Class<?> clazz = LazyInnerClassSingleton.class; //通过反射回去私有构造方法 Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor(null); //强制访问 constructor.setAccessible(true); //暴力初始化 Object o1 = constructor.newInstance(); //创建两个实例 Object o2 = constructor.newInstance(); System.out.println("o1:" + o1); System.out.println("o2:" + o2); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }
结果:
o1:[email protected] o2:[email protected]
创建了两个实例,违反了单例,现在在构造方法中做一些限制,使得多次重复创建时,抛出异常:
private LazyInnerClassSingleton() { if (LazyHolder.class != null) { throw new RuntimeException("不允许创建多个实例"); } }
这应该就是最好的单例了,哈哈哈。
五、注册式单例模式
注册式单例模式又称为登记式单例模式,就是将每个实例都登记到某个地方,使用唯一标识获取实例。注册式单例模式有两种:枚举式单例模式、容器式单例模式。注册式单例模式主要解决通过反序列化破坏单例模式的情况。
1.枚举式单例模式
public enum EnumSingleton { INSTANCE; private Object data; public Object getData() { return data; } public void steData(Object data) { this.data = data; } public static EnumSingleton getInstance() { return INSTANCE; } }
测试代码:
public class EnumSingletonTest { public static void main(String[] args) { try { EnumSingleton instance1 = EnumSingleton.getInstance(); EnumSingleton instance2 = null; instance1.steData(new Object()); FileOutputStream fos = new FileOutputStream("EnumSingleton.obj"); ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos); oos.writeObject(instance1); oos.flush(); oos.close(); FileInputStream fis = new FileInputStream("EnumSingleton.obj"); ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis); instance2 = (EnumSingleton) ois.readObject(); ois.close(); System.out.println(instance1.getData()); System.out.println(instance2.getData()); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }
结果:
[email protected] [email protected]
那枚举式单例是如何解决反序列化得问题呢?
通过反编译,可以在EnumSingleton.jad文件中发现static{} 代码块,枚举式单例模式在静态代码块中给INSTANCE进行了赋值,是饿汉式单例模式的实现。查看JDK源码可知,枚举类型其实通过类名和类对象找到一个唯一的枚举对象。因此,枚举对象不可能被类加载器加载多次。
当你试图用反射破坏单例时,会报 Cannot reflectively create enum objects ,即不能用反射来创建枚举类型。进入Customer的newInstance(),其中有判断:如果修饰符是Modifier.ENUM,则直接抛出异常。JDK枚举的语法特殊性及反射也为美剧保驾护航,让枚举式单例模式成为一种比较优雅的实现。
2.容器式单例
public class ContainerSingleton { private ContainerSingleton() { } private static Map<String, Object> ioc = new ConcurrentHashMap<>(); public static Object getBean(String className) { synchronized (ioc) { if (!ioc.containsKey(className)) { Object o = null; try { o = Class.forName(className).newInstance(); ioc.put(className, o); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } return o; } else { return ioc.get(className); } } } }
spring中使用的就是容器式单例模式。
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