三、單例模式詳解
4.單例模式詳解
4.1.課程目標
1、掌握單例模式的應用場景。
2、掌握IDEA環境下的多執行緒除錯方式。
3、掌握保證執行緒安全的單例模式策略。
4、掌握反射暴力攻擊單例解決方案及原理分析。
5、序列化破壞單例的原理及解決方案。
6、掌握常見的單例模式寫法。
4.2.內容定位
1、聽說過單例模式，但不知道如何應用的人群。
2、單例模式是非常經典的高頻面試題，希望通過面試單例彰顯技術深度，順利拿到Offer的人群。
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情況下都絕對只有一個例項，並提供一個全域性訪問點。單例模式是建立型模式。單例模式在現實生活中應用也非常廣泛，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、資料庫的連線池BDPool等也都是單例形式。
4.4.餓漢式單例模式
方法1.靜態方法獲得私有成員物件
/** * 優點：執行效率高，效能高，沒有任何的鎖 * 缺點：某些情況下，可能會造成記憶體浪費 */ 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.利用靜態程式碼塊與類同時載入的特性生成單例物件
//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
優缺點
優點：沒有加任何鎖、執行效率比較高，使用者體驗比懶漢式單例模式更好。
缺點：類載入的時候就初始化，不管用與不用都佔著空間，浪費了記憶體，有可能“佔著茅坑不拉屎”。
原始碼
Spring中IoC容器ApplicationContext本身就是典型的餓漢式單例模式
4.5.懶漢式單例模式
特點
懶漢式單例模式的特點是：被外部類呼叫的時候內部類才會載入。
方法1.加大鎖
/**
* 優點：節省了記憶體,執行緒安全
* 缺點：效能低
*/
//懶漢式單例模式在外部需要使用的時候才進行例項化
public class LazySimpleSingletion {
private static LazySimpleSingletion instance;
//靜態塊，公共記憶體區域
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，使這個方法變成執行緒同步方法：
當執行其中一個執行緒並呼叫getInstance()方法時，另一個執行緒在呼叫getInstance()
方法，執行緒的狀態由 RUNNING 變成了 MONITOR，出現阻塞。直到第一個執行緒執行完，第二個執行緒
才恢復到RUNNING狀態繼續呼叫getInstance()方法
執行緒切換除錯
上圖完美地展現了 synchronized 監視鎖的執行狀態，執行緒安全的問題解決了。但是，用
synchronized加鎖時，線上程數量比較多的情況下，如果CPU分配壓力上升，則會導致大批執行緒阻塞，
從而導致程式效能大幅下降。那麼，有沒有一種更好的方式，既能兼顧執行緒安全又能提升程式效能呢？
答案是肯定的。我們來看雙重檢查鎖的單例模式：
方法2.雙重檢查鎖
/**
* 優點:效能高了，執行緒安全了
* 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是為了建立後不再走synchronized程式碼，提高效率。可以理解是個開關。建立後這個開關就關上，後面的程式碼就不用執行了。
if (instance == null) {
synchronized (LazyDoubleCheckSingleton.class) {
//檢查是否要重新建立例項
if (instance == null) {
instance = new LazyDoubleCheckSingleton();
//指令重排序的問題
//1.分配記憶體給這個物件
//2.初始化物件
//3.設定 lazy 指向剛分配的記憶體地址
}
}
}
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");
}
}當第一個執行緒呼叫 getInstance()方法時，第二個執行緒也可以呼叫。當第一個執行緒執行到
synchronized時會上鎖，第二個執行緒就會變成 MONITOR狀態，出現阻塞。此時，阻塞並不是基於整
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
呼叫者而言感知不到。
但是，用到 synchronized 關鍵字總歸要上鎖，對程式效能還是存在一定影響的。難道就真的沒有更好的方案嗎？當然有。我們可以從類初始化的角度來考慮，看下面的程式碼，採用靜態內部類的方式：
方法3.靜態內部類
/*
ClassPath : LazyStaticInnerClassSingleton.class
LazyStaticInnerClassSingleton$LazyHolder.class
優點：寫法優雅，利用了Java本身語法特點，效能高，避免了記憶體浪費,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記憶體浪費問題和 synchronized 的效能問題
//完美地遮蔽了這兩個缺點
//自認為史上最牛的單例模式的實現方式
public class LazyStaticInnerClassSingleton {
//使用 LazyInnerClassGeneral 的時候，預設會先初始化內部類
//如果沒使用，則內部類是不載入的
private LazyStaticInnerClassSingleton(){
// if(LazyHolder.INSTANCE != null){
// throw new RuntimeException("不允許非法建立多個例項");
// }
}
//每一個關鍵字都不是多餘的，static 是為了使單例的空間共享，保證這個方法不會被重寫、過載
private static LazyStaticInnerClassSingleton getInstance(){
//在返回結果以前，一定會先載入內部類
return LazyHolder.INSTANCE;
}
//預設不載入
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記憶體浪費問題和 synchronized 的效能問題。內部類一定是要在方法呼叫之前初始化，巧妙地避免了執行緒安全問題。由於這種方式比較簡單，我們就不帶大家一步一步
除錯了。
內部類語法特性 ： 內部類用時才載入
4.6.反射破壞單例
public class ReflectTest {
public static void main(String[] args) {
try {
//在很無聊的情況下，進行破壞
Class<?> clazz = LazyStaticInnerClassSingleton.class;
//通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();
//呼叫了兩次構造方法，相當於“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大家有沒有發現，上面介紹的單例模式的構造方法除了加上 private 關鍵字，沒有做任何處理。如
果我們使用反射來呼叫其構造方法，再呼叫 getInstance()方法，應該有兩個不同的例項。現在來看一
段測試程式碼，以LazyInnerClassSingleton為例：
顯然，建立了兩個不同的例項。現在，我們在其構造方法中做一些限制，一旦出現多次重複建立，
則直接丟擲異常。所以需要在私有構造方法新增異常：
private LazyStaticInnerClassSingleton(){
if(LazyHolder.INSTANCE != null){
throw new RuntimeException("不允許非法建立多個例項");
}
}4.7.序列化破壞單例（擴充套件知識）
一個單例物件建立好後，有時候需要將物件序列化然後寫入磁碟，下次使用時再從磁碟中讀取物件
並進行反序列化，將其轉化為記憶體物件。反序列化後的物件會重新分配記憶體，即重新建立。如果序列化
的目標物件為單例物件，就違背了單例模式的初衷，相當於破壞了單例，來看一段程式碼：
//反序列化導致破壞單例模式
public class SeriableSingleton implements Serializable {
//序列化
//把記憶體中物件的狀態轉換為位元組碼的形式
//把位元組碼通過IO輸出流，寫到磁碟上
//永久儲存下來，持久化
//反序列化
//將持久化的位元組碼內容，通過IO輸入流讀到記憶體中來
//轉化成一個Java物件
// 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();
}
}
}
列印結果：
com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.seriable.SeriableSingleton@68837a77
com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.seriable.SeriableSingleton@4b6995df
false從執行結果可以看出，反序列化後的物件和手動建立的物件是不一致的，例項化了兩次，違背了單
例模式的設計初衷。那麼，我們如何保證在序列化的情況下也能夠實現單例模式呢？其實很簡單，只需
要增加readResolve()方法即可。
再看執行結果，如下圖所示。
com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.seriable.SeriableSingleton@4b6995df
com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.seriable.SeriableSingleton@4b6995df
true大家一定會想：這是什麼原因呢？為什麼要這樣寫？看上去很神奇的樣子，也讓人有些費解。不如
我們一起來看看JDK的原始碼實現以瞭解清楚。我們進入ObjectInputStream類的readObject()方法，
程式碼如下：
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();
}
}
}我們發現，在readObject()方法中又呼叫了重寫的readObject0()方法。進入readObject0()方法，
程式碼如下：
private Object readObject0(boolean unshared) throws IOException {
...
case TC_OBJECT:
return checkResolve(readOrdinaryObject(unshared));
...
}我們看到TC_OBJECT中呼叫了ObjectInputStream的readOrdinaryObject()方法，看原始碼：
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;
}我們發現呼叫了ObjectStreamClass的isInstantiable()方法，而isInstantiable()方法的程式碼如下：
boolean isInstantiable() {
requireInitialized();
return (cons != null);
}上述程式碼非常簡單，就是判斷一下構造方法是否為空，構造方法不為空就返回true。這意味著只要
有無參構造方法就會例項化。
這時候其實還沒有找到加上 readResolve()方法就避免了單例模式被破壞的真正原因。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之後，又呼叫了hasReadResolveMethod()方法，來看程式碼：
boolean hasReadResolveMethod() {
requireInitialized();
return (readResolveMethod != null);
}上述程式碼邏輯非常簡單，就是判斷 readResolveMethod 是否為空，不為空就返回 true。那麼
readResolveMethod是在哪裡賦值的呢？通過全域性查詢知道，在私有方法 ObjectStreamClass()中給
readResolveMethod進行了賦值，來看程式碼：
private final void requireInitialized() {
if (!initialized)
throw new InternalError("Unexpected call when not initialized");
}上面的邏輯其實就是通過反射找到一個無參的 readResolve()方法，並且儲存下來。現在回到
ObjectInputStream 的 readOrdinaryObject()方法繼續往下看，如果 readResolve()方法存在則呼叫
invokeReadResolve()方法，來看程式碼：
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();
}
}我們可以看到，在invokeReadResolve()方法中用反射呼叫了readResolveMethod方法。
通過JDK原始碼分析我們可以看出，雖然增加 readResolve()方法返回例項解決了單例模式被破壞的
問題，但是實際上例項化了兩次，只不過新建立的物件沒有被返回而已。如果建立物件的動作發生頻率加快，就意味著記憶體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。
為什麼添加了readResolve()方法就可以了?
ObjectInputStream原始碼中，讀取檔案時寫死判斷是否有readResolve()方法，有呼叫這個方法，沒有則重新建立物件。
4.8.註冊式單例模式
將每一個例項都快取到統一的容器中，使用唯一表示獲取例項。
註冊式單例模式又稱為登記式單例模式，就是將每一個例項都登記到某一個地方，使用唯一的標識獲取例項。註冊式單例模式有兩種：一種為列舉式單例模式，另一種為容器式單例模式。
方法1. 列舉式單例模式
先來看列舉式單例模式的寫法，來看程式碼，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;}
}來看測試程式碼：
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沒有做任何處理，我們發現執行結果和預期的一樣。那麼列舉式單例模式如此神奇，它的神祕之處
在哪裡體現呢？下面通過分析原始碼來揭開它的神祕面紗。
下載一個非常好用的 Java反編譯工具 Jad（下載地址：https://varaneckas.com/jad/），解壓後
配置好環境變數（這裡不做詳細介紹），就可以使用命令列呼叫了。找到工程所在的Class目錄，複製
EnumSingleton.class 所在的路徑，如下圖所示。
然後切換到命令列，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 檔案。開啟 EnumSingleton.jad 檔案我們驚奇地發現有
如下程式碼：
static {
INSTANCE = new EnumSingleton("INSTANCE", 0);
$VALUES = (new EnumSingleton[] {
INSTANCE
});
}原來，列舉式單例模式在靜態程式碼塊中就給INSTANCE進行了賦值，是餓漢式單例模式的實現。至
此，我們還可以試想，序列化能否破壞列舉式單例模式呢？不妨再來看一下 JDK 原始碼，還是回到
ObjectInputStream的readObject0()方法：
private Object readObject0(boolean unshared) throws IOException {
...
case TC_ENUM:
return checkResolve(readEnum(unshared));
...
}我們看到，在readObject0()中呼叫了readEnum()方法，來看readEnum()方法的程式碼實現：
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;
}我們發現，列舉型別其實通過類名和類物件類找到一個唯一的列舉物件。因此，列舉物件不可能被
類載入器載入多次。那麼反射是否能破壞列舉式單例模式呢？來看一段測試程式碼：
public static void main(String[] args) {
try {
Class clazz = EnumSingleton.class;
Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor();
c.newInstance();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}執行結果如下圖所示。
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，
我們開啟 java.lang.Enum的原始碼，檢視它的構造方法，只有一個protected型別的構造方法，程式碼如
下：
protected Enum(String name, int ordinal) {
this.name = name;
this.ordinal = ordinal;
}我們再來做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();
}
}執行結果如下圖所示
這時錯誤已經非常明顯了，“Cannot reflectively create enum objects”，即不能用反射來建立
列舉型別。還是習慣性地想來看看JDK原始碼，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;
}從上述程式碼可以看到，在 newInstance()方法中做了強制性的判斷，如果修飾符是Modifier.ENUM
列舉型別，則直接丟擲異常。
到此為止，我們是不是已經非常清晰明瞭呢？列舉式單例模式也是《EffectiveJava》書中推薦的一種單例模式實現寫法。JDK列舉的語法特殊性及反射也為列舉保駕護航，讓列舉式單例模式成為一種比
較優雅的實現。
列舉原始碼
java.lang.Enum通過valueOf獲得值
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;列舉模式的例項天然具有執行緒安全性，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。
優點：寫法優雅。載入時就建立物件。執行緒安全。
缺點：不能大批量建立物件，否則會造成浪費。spring中不能使用它。
結論：如果不是特別重的物件，建議使用列舉單例模式，它是JVM天然的單例。
方法2. 容器式單例
Spring改良列舉寫出的改良方法：IOC容器
接下來看註冊式單例模式的另一種寫法，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例項非常多的情況，便於管理。但它是非執行緒安全的。到此，註冊式單例模式介紹完畢。我們再來看看Spring中的容器式單例模式的實現程式碼：
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);
}容器為啥不能被反射破壞？秩序的維護者，創造了一個生態
4.9.執行緒單例實現ThreadLocal
最後贈送給大家一個彩蛋，講講執行緒單例實現 ThreadLocal。ThreadLocal 不能保證其建立的物件
是全域性唯一的，但是能保證在單個執行緒中是唯一的，天生是執行緒安全的。下面來看程式碼：
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();
}
}寫一下測試程式碼：
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");
}
}執行結果如下圖所示。
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我們發現，在主執行緒中無論呼叫多少次，獲取到的例項都是同一個，都在兩個子執行緒中分別獲取到
了不同的例項。那麼 ThreadLocal是如何實現這樣的效果的呢？我們知道，單例模式為了達到執行緒安全
的目的，會給方法上鎖，以時間換空間。ThreadLocal 將所有的物件全部放在 ThreadLocalMap 中，為每個執行緒都提供一個物件，實際上是以空間換時間來實現執行緒隔離的。
不是執行緒作為key，而是threadlocal本身。
ThreadLocal原始碼
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.原始碼
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
單例模式優點：
- 在記憶體中只有一個例項，減少了記憶體開銷。
- 可以避免資源的多重佔用。
- 設定全域性訪問點，嚴格控制訪問。
單例模式的缺點：
- 沒有介面，擴充套件困難。
- 如果要擴充套件單例物件，只有修改程式碼，沒有其他途徑。
學習單例模式的知識重點總結
- 私有化構造器
- 保證執行緒安全
單例模式可以保證記憶體裡只有一個例項，減少了記憶體的開銷，還可以避免對資源的多重佔用。單例模式看起來非常簡單，實現起來其實也非常簡單，但是在面試中卻是一個高頻面試點。希望“小夥伴們”
通過本章的學習，對單例模式有了非常深刻的認識，在面試中彰顯技術深度，提升核心競爭力，給面試
加分，順利拿到錄取通知（Offer）。
5.1.作業
1、解決容器式單例的執行緒安全問題。
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("不可被例項化！");
}
// 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);
}
}