3、單例模式詳解
4.單例模式詳解
4.1.課程目標
一、掌握單例模式的應用場景。java
二、掌握IDEA環境下的多線程調試方式。git
三、掌握保證線程安全的單例模式策略。面試
四、掌握反射暴力攻擊單例解決方案及原理分析。spring
五、序列化破壞單例的原理及解決方案。數據庫
六、掌握常見的單例模式寫法。緩存
4.2.內容定位
一、據說過單例模式，但不知道如何應用的人羣。安全
二、單例模式是很是經典的高頻面試題，但願經過面試單例彰顯技術深度，順利拿到Offer的人羣。多線程
4.3.單例模式的應用場景
單例模式（SingletonPattern）是指確保一個類在任何狀況下都絕對只有一個實例，並提供一個全局訪問點。單例模式是建立型模式。單例模式在現實生活中應用也很是普遍，例如，公司CEO、部門經
理 等 。 J2EE 標 準 中 的 ServletContext 、 ServletContextConfig 等 、 Spring 框 架 應 用 中 的
ApplicationContext、數據庫的鏈接池BDPool等也都是單例形式。app
4.4.餓漢式單例模式
方法1.靜態方法得到私有成員對象
/**
* 優勢：執行效率高，性能高，沒有任何的鎖
* 缺點：某些狀況下，可能會形成內存浪費
*/
public class HungrySingleton {
//先靜態、後動態
//先屬性、後方法
//先上後下
private static final HungrySingleton hungrySingleton = new HungrySingleton();
private HungrySingleton(){}
public static HungrySingleton getInstance(){
return hungrySingleton;
}
}
方法2.利用靜態代碼塊與類同時加載的特性生成單例對象
//餓漢式靜態塊單例模式
public class HungryStaticSingleton {
//先靜態後動態
//先上，後下
//先屬性後方法
private static final HungryStaticSingleton hungrySingleton;
//裝個B
static {
hungrySingleton = new HungryStaticSingleton();
}
private HungryStaticSingleton(){}
public static HungryStaticSingleton getInstance(){
return hungrySingleton;
}
}
類結構圖
<img src="https://gitee.com/woshiamiaojiang/image-hosting/raw/master/HungrySingleton.png" style="zoom:50%;" />ide
優缺點
優勢：沒有加任何鎖、執行效率比較高，用戶體驗比懶漢式單例模式更好。
缺點：類加載的時候就初始化，無論用與不用都佔着空間，浪費了內存，有可能「佔着茅坑不拉屎」。
源碼
Spring中IoC容器ApplicationContext自己就是典型的餓漢式單例模式
4.5.懶漢式單例模式
特色
懶漢式單例模式的特色是：被外部類調用的時候內部類纔會加載。
方法1.加大鎖
/**
* 優勢：節省了內存,線程安全
* 缺點：性能低
*/
//懶漢式單例模式在外部須要使用的時候才進行實例化
public class LazySimpleSingletion {
private static LazySimpleSingletion instance;
//靜態塊，公共內存區域
private LazySimpleSingletion(){}
public synchronized static LazySimpleSingletion getInstance(){
if(instance == null){
instance = new LazySimpleSingletion();
}
return instance;
}
}
public class ExectorThread implements Runnable {
public void run() {
LazySimpleSingletion instance = LazySimpleSingletion.getInstance();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + instance);
}
}
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");
}
}
給getInstance()加上synchronized關鍵字，使這個方法變成線程同步方法：
當執行其中一個線程並調用getInstance()方法時，另外一個線程在調用getInstance()
方法，線程的狀態由 RUNNING 變成了 MONITOR，出現阻塞。直到第一個線程執行完，第二個線程
才恢復到RUNNING狀態繼續調用getInstance()方法
線程切換調試
<img src="https://gitee.com/woshiamiaojiang/image-hosting/raw/master/image-20200227132959169.png" alt="image-20200227132959169" style="zoom:50%;" />
上圖完美地展示了 synchronized 監視鎖的運行狀態，線程安全的問題解決了。可是，用
synchronized加鎖時，在線程數量比較多的狀況下，若是CPU分配壓力上升，則會致使大批線程阻塞，
從而致使程序性能大幅降低。那麼，有沒有一種更好的方式，既能兼顧線程安全又能提高程序性能呢？
答案是確定的。咱們來看雙重檢查鎖的單例模式：
方法2.雙重檢查鎖
/**
* 優勢:性能高了，線程安全了
* 缺點：可讀性難度加大，不夠優雅
*/
public class LazyDoubleCheckSingleton {
// volatile解決指令重排序
private volatile static LazyDoubleCheckSingleton instance;
private LazyDoubleCheckSingleton() {
}
public static LazyDoubleCheckSingleton getInstance() {
//檢查是否要阻塞，第一個instance == null是爲了建立後再也不走synchronized代碼，提升效率。能夠理解是個開關。建立後這個開關就關上，後面的代碼就不用執行了。
if (instance == null) {
synchronized (LazyDoubleCheckSingleton.class) {
//檢查是否要從新建立實例
if (instance == null) {
instance = new LazyDoubleCheckSingleton();
//指令重排序的問題
//1.分配內存給這個對象
//2.初始化對象
//3.設置 lazy 指向剛分配的內存地址
}
}
}
return instance;
}
}
public class ExectorThread implements Runnable {
public void run() {
LazyDoubleCheckSingleton instance = LazyDoubleCheckSingleton.getInstance();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + instance);
}
}
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");
}
}
當第一個線程調用 getInstance()方法時，第二個線程也能夠調用。當第一個線程執行到
synchronized時會上鎖，第二個線程就會變成 MONITOR狀態，出現阻塞。此時，阻塞並非基於整
個LazySimpleSingleton類的阻塞，而是在getInstance()方法內部的阻塞，只要邏輯不太複雜，對於
調用者而言感知不到。
可是，用到 synchronized 關鍵字總歸要上鎖，對程序性能仍是存在必定影響的。難道就真的沒有更好的方案嗎？固然有。咱們能夠從類初始化的角度來考慮，看下面的代碼，採用靜態內部類的方式：
方法3.靜態內部類
/*
ClassPath : LazyStaticInnerClassSingleton.class
LazyStaticInnerClassSingleton$LazyHolder.class
優勢：寫法優雅，利用了Java自己語法特色，性能高，避免了內存浪費,不能被反射破壞
缺點：不優雅
*/
//這種形式兼顧餓漢式單例模式的內存浪費問題和 synchronized 的性能問題
//完美地屏蔽了這兩個缺點
//自認爲史上最牛的單例模式的實現方式
public class LazyStaticInnerClassSingleton {
//使用 LazyInnerClassGeneral 的時候，默認會先初始化內部類
//若是沒使用，則內部類是不加載的
private LazyStaticInnerClassSingleton(){
// if(LazyHolder.INSTANCE != null){
// throw new RuntimeException("不容許非法建立多個實例");
// }
}
//每個關鍵字都不是多餘的，static 是爲了使單例的空間共享，保證這個方法不會被重寫、重載
private static LazyStaticInnerClassSingleton getInstance(){
//在返回結果之前，必定會先加載內部類
return LazyHolder.INSTANCE;
}
//默認不加載
private static class LazyHolder{
private static final LazyStaticInnerClassSingleton INSTANCE = new LazyStaticInnerClassSingleton();
}
}
這種方式兼顧了餓漢式單例模式的內存浪費問題和 synchronized 的性能問題。內部類必定是要在方法調用以前初始化，巧妙地避免了線程安全問題。因爲這種方式比較簡單，咱們就不帶你們一步一步
調試了。
內部類語法特性 ： 內部類用時才加載
4.6.反射破壞單例
public class ReflectTest {
public static void main(String[] args) {
try {
//在很無聊的狀況下，進行破壞
Class<?> clazz = LazyStaticInnerClassSingleton.class;
//經過反射獲取私有的構造方法
Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor(null);
//強制訪問
c.setAccessible(true);
//暴力初始化
Object instance1 = c.newInstance();
//調用了兩次構造方法，至關於「new」了兩次，犯了原則性錯誤
Object instance2 = c.newInstance();
System.out.println(instance1);
System.out.println(instance2);
System.out.println(instance1 == instance2);
// Enum
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}
com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.lazy.LazyStaticInnerClassSingleton@64cee07
com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.lazy.LazyStaticInnerClassSingleton@1761e840
false
你們有沒有發現，上面介紹的單例模式的構造方法除了加上 private 關鍵字，沒有作任何處理。如
果咱們使用反射來調用其構造方法，再調用 getInstance()方法，應該有兩個不一樣的實例。如今來看一
段測試代碼，以LazyInnerClassSingleton爲例：
顯然，建立了兩個不一樣的實例。如今，咱們在其構造方法中作一些限制，一旦出現屢次重複建立，
則直接拋出異常。因此須要在私有構造方法添加異常：
private LazyStaticInnerClassSingleton(){
if(LazyHolder.INSTANCE != null){
throw new RuntimeException("不容許非法建立多個實例");
}
}
4.7.序列化破壞單例（擴展知識）
一個單例對象建立好後，有時候須要將對象序列化而後寫入磁盤，下次使用時再從磁盤中讀取對象
並進行反序列化，將其轉化爲內存對象。反序列化後的對象會從新分配內存，即從新建立。若是序列化
的目標對象爲單例對象，就違背了單例模式的初衷，至關於破壞了單例，來看一段代碼：
//反序列化致使破壞單例模式
public class SeriableSingleton implements Serializable {
//序列化
//把內存中對象的狀態轉換爲字節碼的形式
//把字節碼經過IO輸出流，寫到磁盤上
//永久保存下來，持久化
//反序列化
//將持久化的字節碼內容，經過IO輸入流讀到內存中來
//轉化成一個Java對象
// 餓漢式
public final static SeriableSingleton INSTANCE = new SeriableSingleton();
private SeriableSingleton(){}
public static SeriableSingleton getInstance(){
return INSTANCE;
}
// private Object readResolve(){ return INSTANCE;}
}
public class SeriableSingletonTest {
public static void main(String[] args) {
SeriableSingleton s1 = null;
SeriableSingleton s2 = SeriableSingleton.getInstance();
FileOutputStream fos = null;
try {
fos = new FileOutputStream("SeriableSingleton.obj");
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
oos.writeObject(s2);
oos.flush();
oos.close();
FileInputStream fis = new FileInputStream("SeriableSingleton.obj");
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
s1 = (SeriableSingleton)ois.readObject();
ois.close();
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
System.out.println(s1 == s2);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
打印結果：
com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.seriable.SeriableSingleton@68837a77
com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.seriable.SeriableSingleton@4b6995df
false
從運行結果能夠看出，反序列化後的對象和手動建立的對象是不一致的，實例化了兩次，違背了單
例模式的設計初衷。那麼，咱們如何保證在序列化的狀況下也可以實現單例模式呢？其實很簡單，只需
要增長readResolve()方法便可。
再看運行結果，以下圖所示。
com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.seriable.SeriableSingleton@4b6995df com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.seriable.SeriableSingleton@4b6995df true
你們必定會想：這是什麼緣由呢？爲何要這樣寫？看上去很神奇的樣子，也讓人有些費解。不如
咱們一塊兒來看看JDK的源碼實現以瞭解清楚。咱們進入ObjectInputStream類的readObject()方法，
代碼以下：
public final Object readObject()
throws IOException, ClassNotFoundException
{
if (enableOverride) {
return readObjectOverride();
}
// if nested read, passHandle contains handle of enclosing object
int outerHandle = passHandle;
try {
Object obj = readObject0(false);
handles.markDependency(outerHandle, passHandle);
ClassNotFoundException ex = handles.lookupException(passHandle);
if (ex != null) {
throw ex;
}
if (depth == 0) {
vlist.doCallbacks();
}
return obj;
} finally {
passHandle = outerHandle;
if (closed && depth == 0) {
clear();
}
}
}
咱們發現，在readObject()方法中又調用了重寫的readObject0()方法。進入readObject0()方法，
代碼以下：
private Object readObject0(boolean unshared) throws IOException {
...
case TC_OBJECT:
return checkResolve(readOrdinaryObject(unshared));
...
}
咱們看到TC_OBJECT中調用了ObjectInputStream的readOrdinaryObject()方法，看源碼：
private Object readOrdinaryObject(boolean unshared)
throws IOException
{
if (bin.readByte() != TC_OBJECT) {
throw new InternalError();
}
ObjectStreamClass desc = readClassDesc(false);
desc.checkDeserialize();
Class<?> cl = desc.forClass();
if (cl == String.class || cl == Class.class
|| cl == ObjectStreamClass.class) {
throw new InvalidClassException("invalid class descriptor");
}
Object obj;
try {
obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null;
} catch (Exception ex) {
throw (IOException) new InvalidClassException(
desc.forClass().getName(),
"unable to create instance").initCause(ex);
}
...
return obj;
}
咱們發現調用了ObjectStreamClass的isInstantiable()方法，而isInstantiable()方法的代碼以下：
boolean isInstantiable() {
requireInitialized();
return (cons != null);
}
上述代碼很是簡單，就是判斷一下構造方法是否爲空，構造方法不爲空就返回true。這意味着只要
有無參構造方法就會實例化。
這時候其實尚未找到加上 readResolve()方法就避免了單例模式被破壞的真正緣由。再回到
ObjectInputStream的readOrdinaryObject()方法，繼續往下看：
private Object readOrdinaryObject(boolean unshared)
throws IOException
{
if (bin.readByte() != TC_OBJECT) {
throw new InternalError();
}
ObjectStreamClass desc = readClassDesc(false);
desc.checkDeserialize();
Class<?> cl = desc.forClass();
if (cl == String.class || cl == Class.class
|| cl == ObjectStreamClass.class) {
throw new InvalidClassException("invalid class descriptor");
}
Object obj;
try {
obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null;
} catch (Exception ex) {
throw (IOException) new InvalidClassException(
desc.forClass().getName(),
"unable to create instance").initCause(ex);
}
...
if (obj != null &&
handles.lookupException(passHandle) == null &&
desc.hasReadResolveMethod())
{
Object rep = desc.invokeReadResolve(obj);
if (unshared && rep.getClass().isArray()) {
rep = cloneArray(rep);
}
if (rep != obj) {
// Filter the replacement object
if (rep != null) {
if (rep.getClass().isArray()) {
filterCheck(rep.getClass(), Array.getLength(rep));
} else {
filterCheck(rep.getClass(), -1);
}
}
handles.setObject(passHandle, obj = rep);
}
}
return obj;
}
判斷無參構造方法是否存在以後，又調用了hasReadResolveMethod()方法，來看代碼：
boolean hasReadResolveMethod() {
requireInitialized();
return (readResolveMethod != null);
}
上述代碼邏輯很是簡單，就是判斷 readResolveMethod 是否爲空，不爲空就返回 true。那麼
readResolveMethod是在哪裏賦值的呢？經過全局查找知道，在私有方法 ObjectStreamClass()中給
readResolveMethod進行了賦值，來看代碼：
private final void requireInitialized() {
if (!initialized)
throw new InternalError("Unexpected call when not initialized");
}
上面的邏輯其實就是經過反射找到一個無參的 readResolve()方法，而且保存下來。如今回到
ObjectInputStream 的 readOrdinaryObject()方法繼續往下看，若是 readResolve()方法存在則調用
invokeReadResolve()方法，來看代碼：
Object invokeReadResolve(Object obj)
throws IOException, UnsupportedOperationException
{
requireInitialized();
if (readResolveMethod != null) {
try {
return readResolveMethod.invoke(obj, (Object[]) null);
} catch (InvocationTargetException ex) {
Throwable th = ex.getTargetException();
if (th instanceof ObjectStreamException) {
throw (ObjectStreamException) th;
} else {
throwMiscException(th);
throw new InternalError(th); // never reached
}
} catch (IllegalAccessException ex) {
// should not occur, as access checks have been suppressed
throw new InternalError(ex);
}
} else {
throw new UnsupportedOperationException();
}
}
咱們能夠看到，在invokeReadResolve()方法中用反射調用了readResolveMethod方法。
經過JDK源碼分析咱們能夠看出，雖然增長 readResolve()方法返回實例解決了單例模式被破壞的
問題，可是實際上實例化了兩次，只不過新建立的對象沒有被返回而已。若是建立對象的動做發生頻率加快，就意味着內存分配開銷也會隨之增大，難道真的就沒辦法從根本上解決問題嗎？下面講的註冊式單例也許能幫助到你。
爲何添加了 readResolve()方法就能夠了?ObjectInputStream源碼中，讀取文件時寫死判斷是否有readResolve()方法，有調用這個方法，沒有則從新建立對象。
4.8.註冊式單例模式
將每個實例都緩存到統一的容器中，使用惟一表示獲取實例。
註冊式單例模式又稱爲登記式單例模式，就是將每個實例都登記到某一個地方，使用惟一的標識獲取實例。註冊式單例模式有兩種：一種爲枚舉式單例模式，另外一種爲容器式單例模式。
方法1. 枚舉式單例模式
先來看枚舉式單例模式的寫法，來看代碼，建立EnumSingleton類：
public enum EnumSingleton {
INSTANCE;
private Object data;
public Object getData() {
return data;
}
public void setData(Object data) {
this.data = data;
}
public static EnumSingleton getInstance(){return INSTANCE;}
}
來看測試代碼：
public class EnumSingletonTest {
public static void main(String[] args) {
EnumSingleton instance = EnumSingleton.getInstance();
instance.setData(new Object());
try {
Class clazz = EnumSingleton.class;
Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
c.setAccessible(true);
System.out.println(c);
Object o = c.newInstance();
System.out.println(o);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
java.lang.Object@2acf57e3 java.lang.Object@2acf57e3 true
沒有作任何處理，咱們發現運行結果和預期的同樣。那麼枚舉式單例模式如此神奇，它的神祕之處
在哪裏體現呢？下面經過分析源碼來揭開它的神祕面紗。
下載一個很是好用的 Java反編譯工具 Jad（下載地址：https://varaneckas.com/jad/），解壓後
配置好環境變量（這裏不作詳細介紹），就可使用命令行調用了。找到工程所在的Class目錄，複製
EnumSingleton.class 所在的路徑，以下圖所示。
而後切換到命令行，切換到工程所在的Class目錄，輸入命令 jad 並在後面輸入複製好的路徑，在
Class 目錄下會多出一個 EnumSingleton.jad 文件。打開 EnumSingleton.jad 文件咱們驚奇地發現有
以下代碼：
static {
INSTANCE = new EnumSingleton("INSTANCE", 0);
$VALUES = (new EnumSingleton[] {
INSTANCE
});
}
原來，枚舉式單例模式在靜態代碼塊中就給INSTANCE進行了賦值，是餓漢式單例模式的實現。至
此，咱們還能夠試想，序列化可否破壞枚舉式單例模式呢？不妨再來看一下 JDK 源碼，仍是回到
ObjectInputStream的readObject0()方法：
private Object readObject0(boolean unshared) throws IOException {
...
case TC_ENUM:
return checkResolve(readEnum(unshared));
...
}
咱們看到，在readObject0()中調用了readEnum()方法，來看readEnum()方法的代碼實現：
private Enum<?> readEnum(boolean unshared) throws IOException {
if (bin.readByte() != TC_ENUM) {
throw new InternalError();
}
ObjectStreamClass desc = readClassDesc(false);
if (!desc.isEnum()) {
throw new InvalidClassException("non-enum class: " + desc);
}
int enumHandle = handles.assign(unshared ? unsharedMarker : null);
ClassNotFoundException resolveEx = desc.getResolveException();
if (resolveEx != null) {
handles.markException(enumHandle, resolveEx);
}
String name = readString(false);
Enum<?> result = null;
Class<?> cl = desc.forClass();
if (cl != null) {
try {
@SuppressWarnings("unchecked")
Enum<?> en = Enum.valueOf((Class)cl, name);
result = en;
} catch (IllegalArgumentException ex) {
throw (IOException) new InvalidObjectException(
"enum constant " + name + " does not exist in " +
cl).initCause(ex);
}
if (!unshared) {
handles.setObject(enumHandle, result);
}
}
handles.finish(enumHandle);
passHandle = enumHandle;
return result;
}
咱們發現，枚舉類型其實經過類名和類對象類找到一個惟一的枚舉對象。所以，枚舉對象不可能被
類加載器加載屢次。那麼反射是否能破壞枚舉式單例模式呢？來看一段測試代碼：
public static void main(String[] args) {
try {
Class clazz = EnumSingleton.class;
Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor();
c.newInstance();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
運行結果以下圖所示。
<img src="https://gitee.com/woshiamiaojiang/image-hosting/raw/master/image-20200227191227392.png" alt="image-20200227191227392" style="zoom:50%;" />
結果中報的是 java.lang.NoSuchMethodException異常，意思是沒找到無參的構造方法。這時候，
咱們打開 java.lang.Enum的源碼，查看它的構造方法，只有一個protected類型的構造方法，代碼如
下：
protected Enum(String name, int ordinal) {
this.name = name;
this.ordinal = ordinal;
}
咱們再來作一個下面這樣的測試：
public static void main(String[] args) {
try {
Class clazz = EnumSingleton.class;
Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
c.setAccessible(true);
EnumSingleton enumSingleton = (EnumSingleton) c.newInstance("Tom", 666);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
運行結果以下圖所示
<img src="https://gitee.com/woshiamiaojiang/image-hosting/raw/master/image-20200227191559008.png" alt="image-20200227191559008" style="zoom: 50%;" />
這時錯誤已經很是明顯了，「Cannot reflectively create enum objects」，即不能用反射來建立
枚舉類型。仍是習慣性地想來看看JDK源碼，進入Constructor的newInstance()方法：
@CallerSensitive
public T newInstance(Object ... initargs)
throws InstantiationException, IllegalAccessException,
IllegalArgumentException, InvocationTargetException
{
if (!override) {
if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {
Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
checkAccess(caller, clazz, null, modifiers);
}
}
if ((clazz.getModifiers() & Modifier.ENUM) != 0)
throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");
ConstructorAccessor ca = constructorAccessor; // read volatile
if (ca == null) {
ca = acquireConstructorAccessor();
}
@SuppressWarnings("unchecked")
T inst = (T) ca.newInstance(initargs);
return inst;
}
從上述代碼能夠看到，在 newInstance()方法中作了強制性的判斷，若是修飾符是Modifier.ENUM
枚舉類型，則直接拋出異常。
到此爲止，咱們是否是已經很是清晰明瞭呢？枚舉式單例模式也是《EffectiveJava》書中推薦的一種單例模式實現寫法。JDK枚舉的語法特殊性及反射也爲枚舉保駕護航，讓枚舉式單例模式成爲一種比
較優雅的實現。
枚舉源碼
java.lang.Enum經過valueOf得到值
public static <T extends Enum<T>> T valueOf(Class<T> enumType,
String name) {
T result = enumType.enumConstantDirectory().get(name);
if (result != null)
return result;
if (name == null)
throw new NullPointerException("Name is null");
throw new IllegalArgumentException(
"No enum constant " + enumType.getCanonicalName() + "." + name);
}
Map<String, T> enumConstantDirectory() {
if (enumConstantDirectory == null) {
T[] universe = getEnumConstantsShared();
if (universe == null)
throw new IllegalArgumentException(
getName() + " is not an enum type");
Map<String, T> m = new HashMap<>(2 * universe.length);
for (T constant : universe)
m.put(((Enum<?>)constant).name(), constant);
enumConstantDirectory = m;
}
return enumConstantDirectory;
}
private volatile transient Map<String, T> enumConstantDirectory = null;
枚舉模式的實例自然具備線程安全性，防止序列化與反射的特性。
有點像餓漢式單例。建立時就將常量存放在map容器中。
優勢：寫法優雅。加載時就建立對象。線程安全。
缺點：不能大批量建立對象，不然會形成浪費。spring中不能使用它。
結論：若是不是特別重的對象，建議使用枚舉單例模式，它是JVM自然的單例。
方法2. 容器式單例
Spring改良枚舉寫出的改良方法：IOC容器
接下來看註冊式單例模式的另外一種寫法，即容器式單例模式，建立ContainerSingleton類：
public class ContainerSingleton {
private ContainerSingleton(){}
private static Map<String,Object> ioc = new ConcurrentHashMap<String, Object>();
public static Object getInstance(String className){
Object instance = null;
if(!ioc.containsKey(className)){
try {
instance = Class.forName(className).newInstance();
ioc.put(className, instance);
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
return instance;
}else{
return ioc.get(className);
}
}
}
測試
public class ContainerSingletonTest {
public static void main(String[] args) {
Object instance1 = ContainerSingleton.getInstance("com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.test.Pojo");
Object instance2 = ContainerSingleton.getInstance("com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.test.Pojo");
System.out.println(instance1 == instance2);
}
}
結果
true
容器式單例模式適用於實例很是多的狀況，便於管理。但它是非線程安全的。到此，註冊式單例模式介紹完畢。咱們再來看看Spring中的容器式單例模式的實現代碼：
public abstract class AbstractAutowireCapableBeanFactory extends AbstractBeanFactory
implements AutowireCapableBeanFactory {
/** Cache of unfinished FactoryBean instances: FactoryBean name --> BeanWrapper */
private final Map<String, BeanWrapper> factoryBeanInstanceCache =
new ConcurrentHashMap<String, BeanWrapper>(16);
}
容器爲啥不能被反射破壞？秩序的維護者，創造了一個生態
4.9.線程單例實現ThreadLocal
最後贈送給你們一個彩蛋，講講線程單例實現 ThreadLocal。ThreadLocal 不能保證其建立的對象
是全局惟一的，可是能保證在單個線程中是惟一的，天生是線程安全的。下面來看代碼：
public class ThreadLocalSingleton {
private static final ThreadLocal<ThreadLocalSingleton> threadLocaLInstance =
new ThreadLocal<ThreadLocalSingleton>(){
@Override
protected ThreadLocalSingleton initialValue() {
return new ThreadLocalSingleton();
}
};
private ThreadLocalSingleton(){}
public static ThreadLocalSingleton getInstance(){
return threadLocaLInstance.get();
}
}
寫一下測試代碼：
public class ThreadLocalSingletonTest {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
Thread t1 = new Thread(new ExectorThread());
Thread t2 = new Thread(new ExectorThread());
t1.start();
t2.start();
System.out.println("End");
}
}
運行結果以下圖所示。
com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.threadlocal.ThreadLocalSingleton@1761e840 com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.threadlocal.ThreadLocalSingleton@1761e840 com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.threadlocal.ThreadLocalSingleton@1761e840 com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.threadlocal.ThreadLocalSingleton@1761e840 com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.threadlocal.ThreadLocalSingleton@1761e840 End Thread-0:com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.lazy.LazyDoubleCheckSingleton@551f86f1 Thread-1:com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.lazy.LazyDoubleCheckSingleton@551f86f1
咱們發現，在主線程中不管調用多少次，獲取到的實例都是同一個，都在兩個子線程中分別獲取到
了不一樣的實例。那麼 ThreadLocal是如何實現這樣的效果的呢？咱們知道，單例模式爲了達到線程安全
的目的，會給方法上鎖，以時間換空間。ThreadLocal 將全部的對象所有放在 ThreadLocalMap 中，爲每一個線程都提供一個對象，其實是以空間換時間來實現線程隔離的。
不是線程做爲key，而是threadlocal自己。
ThreadLocal源碼
public T get() {
Thread t = Thread.currentThread();
ThreadLocalMap map = getMap(t);
if (map != null) {
ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
if (e != null) {
@SuppressWarnings("unchecked")
T result = (T)e.value;
return result;
}
}
return setInitialValue();
}
5.0.源碼
AbstractFactoryBean
public final T getObject() throws Exception {
if (isSingleton()) {
return (this.initialized ? this.singletonInstance : getEarlySingletonInstance());
}
else {
return createInstance();
}
}
private T getEarlySingletonInstance() throws Exception {
Class[] ifcs = getEarlySingletonInterfaces();
if (ifcs == null) {
throw new FactoryBeanNotInitializedException(
getClass().getName() + " does not support circular references");
}
if (this.earlySingletonInstance == null) {
this.earlySingletonInstance = (T) Proxy.newProxyInstance(
this.beanClassLoader, ifcs, new EarlySingletonInvocationHandler());
}
return this.earlySingletonInstance;
}
MyBatis的ErrorContext使用了ThreadLocal
public class ErrorContext {
private static final ThreadLocal<ErrorContext> LOCAL = new ThreadLocal<>();
private ErrorContext() {
}
public static ErrorContext instance() {
ErrorContext context = LOCAL.get();
if (context == null) {
context = new ErrorContext();
LOCAL.set(context);
}
return context;
}
}
5.0.單例模式小結
單例模式優勢：
- 在內存中只有一個實例，減小了內存開銷。
- 能夠避免資源的多重佔用。
- 設置全局訪問點，嚴格控制訪問。
單例模式的缺點：
- 沒有接口，擴展困難。
- 若是要擴展單例對象，只有修改代碼，沒有其餘途徑。
學習單例模式的知識重點總結
- 私有化構造器
- 保證線程安全
單例模式能夠保證內存裏只有一個實例，減小了內存的開銷，還能夠避免對資源的多重佔用。單例模式看起來很是簡單，實現起來其實也很是簡單，可是在面試中倒是一個高頻面試點。但願「小夥伴們」
經過本章的學習，對單例模式有了很是深入的認識，在面試中彰顯技術深度，提高核心競爭力，給面試
加分，順利拿到錄取通知（Offer）。
5.1.做業
一、解決容器式單例的線程安全問題。
兩種方法：雙重檢查鎖，利用ConcurrentHashMap#putIfAbsent()方法的原子性。
public class ContainerSingleton {
private static Map<String, Object> ioc = new ConcurrentHashMap<String, Object>();
private ContainerSingleton() {
throw new RuntimeException("不可被實例化！");
}
// 方法一：雙重檢查鎖
public static Object getInstance(String className) {
Object instance = null;
if (!ioc.containsKey(className)) {
synchronized (ContainerSingleton.class) {
if (!ioc.containsKey(className)) {
try {
instance = Class.forName(className).newInstance();
ioc.put(className, instance);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return instance;
} else {
return ioc.get(className);
}
}
}
return ioc.get(className);
}
// 方法二：利用ConcurrentHashMap#putIfAbsent()方法的原子性
public static Object getInstance1(String className){
Object instance = null;
try {
ioc.putIfAbsent(className, Class.forName(className).newInstance());
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
return ioc.get(className);
}
}
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