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Singleton

Preface

概念

定义:单例模式确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。
唯一的作用范围:
  • 单例模式:进程间不唯一,进程内唯一,线程间唯一。
  • 线程单例:线程内唯一,线程间不唯一。
  • 集群单例:进程间唯一。
使用场景:
  • 解决资源访问冲突。比如日志都往一个文件写,写如文件的类就应该是单例。
  • 表示全局唯一数据,比如配置、线程池、缓存、注册表。

缺点

  • 对 OOP 特性支持不友好,对抽象、继承、多态支持不友好。
  • 会隐藏类之间的依赖关系。
  • 对扩展性不友好。比如连接池若设计为单例,若以后需要增加一个慢 sql 连接池,就需要两个实例了。
  • 对测试性不友好。
  • 不支持有参数的构造函数。

替代方案

  • 静态方法。但是并不能解决上节的缺点。
  • 将单例生成的对象作为参数传递给函数。可以解决第二点缺点。
  • 工厂模式。
  • IOC 容器。
  • 程序员自己保证不要创建两个对象。

饿汉式

不管是否需要这个对象都会创建。

直接实例化

public class Singleton {
public static final Singleton1 INSTANCE = new Singleton();
private Singleton(){}
}
若该类实现了 Serializable 接口,就可以通过序列化的方式破坏单例模式。可以添加 readResolve() 方法,自定义返回对象的策略。

枚举

最简洁的方式。
public enum Singleton {
INSTANCE
}

静态代码块

适合于初始化比较复杂的情况。
public class Singleton {
public static final Singleton INSTANCE;
private String info;
static{
try {
Properties pro = new Properties();
pro.load(Singleton.class.getClassLoader().getResourceAsStream("single.properties"));
INSTANCE = new Singleton(pro.getProperty("info"));
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
}
private Singleton(){}
public String getInfo() {
return info;
}
}

懒汉式

延迟创建对象。

线程不安全

适用于单线程。
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton(){
}
public static Singleton getInstance(){
if(instance == null){
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}

线程安全 - 双重检测

适用于多线程。
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton(){
}
public static Singleton getInstance(){
if(instance == null){
synchronized (Singleton.class) {
if(instance == null){
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
网上有人说 instance 应该加上 volatile 修饰,因为由于指令重排序,导致对象被 new 出来,赋值给 instance 后,但是还没有初始化就被使用了。实际上,这个只有在很低版本的 JVM 才有这个问题,高版本已经解决这个问题了,把 new 操作和初始化做成原子操作。

线程安全 - 静态内部类

适用于多线程。
原理:静态内部类不会自动随着外部类的加载和初始化而初始化。
public class Singleton {
private Singleton(){}
private static class Inner{
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance(){
return Inner.INSTANCE;
}
}

线程单例

通过一个线程安全的 Map,key 是线程 ID,value 是对象。其实 Java 提供的 ThreadLocal 可以轻松实现线程单例,不过 ThreadLocal 底层也是用 Map 实现的。
public class Singleton {
private static final ConcurrentHashMap instances =
new ConcurrentHashMap<>();
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
Long currentThreadId = Thread.currentThread().getId();
instances.putIfAbsent(currentThreadId, new IdGenerator());
return instances.get(currentThreadId);
}
}

集群单例

需要把单例序列化到外部存储,进程在使用这个单例时需要先从外部存储读取到内存,并反序列化为对象,使用完成后再序列化回外部存储。是从外部存储读取、写入时需要加锁。
public class Singleton {
private static SharedObjectStorage storage = new FileSharedObjectStorage();
private static DistributedLock lock = new DistributedLock();
private static Singleton instance;
private Singleton(){}
public synchronized static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
lock.lock();
instance = storage.load(Singleton.class);
}
return instance;
}
public synchroinzed void freeInstance() {
storage.save(this, Singleton.class);
instance = null; //释放对象 lock.unlock();
}
}

多例模式

多例指的是一个类可以创建多个对象,但是个数有限,比如 3 个。
public class Singleton {
private static final int SERVER_COUNT = 3;
private static final Map<Long, Singleton> instances = new HashMap<>();
static {
instances.put(1L, new instances("a"));
instances.put(2L, new instances("b"));
instances.put(3L, new instances("c"));
}
private String name;
private instances(String name) {
this.name = name;
}
public Singleton getInstance(long serverNo) {
return instances.get(serverNo);
}
public Singleton getRandomInstance() {
Random r = new Random();
int no = r.nextInt(SERVER_COUNT)+1;
return instances.get(no);
}
}
这个与工厂模式有点类似,多例模式创建的都是同一个类的对象,工厂模式创建的是不同的子类对象。也类似于享元模式。
枚举也相当于多例模式。

小结

  1. 1.
    饿汉式都不存在线程安全问题。
  2. 2.
    饿汉式枚举的方式最简洁,懒汉式静态内部类的方式最简洁。
  3. 3.
    上述实现存在多个类加载器问题。如果有两个及以上的类加载器都加载了这个类,那么还是会产生多个单件。解决办法是自行指定类加载器,并指定同一个类加载器。
Last modified 2yr ago