Spring中常见的设计模式——单例模式

Posted 2020-11-28 记录技术百态

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:singleton.Lazy.LazySimpleSingleton@298c37fd
Thread-0:singleton.Lazy.LazySimpleSingleton@6ebc1cfd

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:singleton.Lazy.LazyInnerClassSingleton@1b6d3586
o2:singleton.Lazy.LazyInnerClassSingleton@4554617c

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：

java.lang.Object@568db2f2
java.lang.Object@568db2f2

　　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。