java多線程之線程安全的單例模式
概念：
java中單例模式是一種常見的設計模式，單例模式分三種：懶漢式單例、餓漢式單例、登記式單例三種。
單例模式有一下特點：
1、單例類只能有一個實例。
2、單例類必須自己創(chuàng)建自己的唯一實例。
3、單例類必須給所有其他對象提供這一實例。
單例模式確保某個類只有一個實例，而且自行實例化并向整個系統(tǒng)提供這個實例。在計算機系統(tǒng)中，線程池、緩存、日志對象、對話框、打印機、顯卡的驅動程序對象常被設計成單例。這些應用都或多或少具有資源管理器的功能。每臺計算機可以有若干個打印機，但只能有一個Printer Spooler，以避免兩個打印作業(yè)同時輸出到打印機中。每臺計算機可以有若干通信端口，系統(tǒng)應當集中管理這些通信端口，以避免一個通信端口同時被兩個請求同時調用?？傊x擇單例模式就是為了避免不一致狀態(tài)，避免政出多頭。
這里主要詳細介紹兩種：懶漢式和餓漢式
一、立即加載/餓漢式
在調用方法前，實例就已經被創(chuàng)建，代碼：
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep1;
public class MyObject {
// 立即加載方式==惡漢模式
private static MyObject myObject = new MyObject();
private MyObject() {
}
public static MyObject getInstance() {
// 此代碼版本為立即加載
// 此版本代碼的缺點是不能有其他實例變量
// 因為getInstance()方法沒有同步
// 所以有可能出現(xiàn)非線程安全的問題
return myObject;
}
}
創(chuàng)建線程類
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep1;
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println(MyObject.getInstance().hashCode());
}
}
創(chuàng)建運行類
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep1;
public class Run {
public static void main(String[] args) {
MyThread t1 = new MyThread();
MyThread t2 = new MyThread();
MyThread t3 = new MyThread();
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
運行結果
167772895
167772895
167772895
hashCode是同一個值，說明對象也是同一個，說明實現(xiàn)了立即加載型的單利模式
二、延遲加載/懶漢式
在調用方法以后實例才會被創(chuàng)建，實現(xiàn)方案可以是將實例化放到無參構造函數當中，這樣只有當調用的時候才會創(chuàng)建對象的實例，代碼：
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep2;
public class MyObject {
private static MyObject myObject;
private MyObject() {
}
public static MyObject getInstance() {
// 延遲加載
if (myObject != null) {
} else {
myObject = new MyObject();
}
return myObject;
}
}
創(chuàng)建線程類
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep2;
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println(MyObject.getInstance().hashCode());
}
}
創(chuàng)建運行類
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep2;
public class Run {
public static void main(String[] args) {
MyThread t1 = new MyThread();
t1.start();
}
}
運行結果
167772895
這樣雖然取出了一個對象的實例，但是如果在多線程的環(huán)境中，就會出現(xiàn)多個實例的情況，這樣就不是單例模式了
運行測試類
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep2;
public class Run {
public static void main(String[] args) {
MyThread t1 = new MyThread();
MyThread t2 = new MyThread();
MyThread t3 = new MyThread();
MyThread t4 = new MyThread();
MyThread t5 = new MyThread();
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
t5.start();
}
}
運行結果
980258163
1224717057
1851889404
188820504
1672864109
既然出現(xiàn)問題，就要解決問題，在懶漢模式中的多線程的解決方案，代碼：
第一種方案，最常見的，加synchronized，而synchronized可以加到不同的位置
第一種，方法鎖
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep3;
public class MyObject {
private static MyObject myObject;
private MyObject() {
}
synchronized public static MyObject getInstance() {
// 延遲加載
try {
if (myObject != null) {
} else {
// 模擬在創(chuàng)建對象之前做一些準備性的工作
Thread.sleep(2000);
myObject = new MyObject();
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return myObject;
}
}
這種synchronized的同步方案導致效率過于低下，整個方法都被鎖住
第二種synchronized使用方案
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep3;
public class MyObject {
private static MyObject myObject;
private MyObject() {
}
public static MyObject getInstance() {
// 延遲加載
try {
synchronized (MyObject.class) {
if (myObject != null) {
} else {
// 模擬在創(chuàng)建對象之前做一些準備性的工作
Thread.sleep(2000);
myObject = new MyObject();
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return myObject;
}
}
這種方法效率一樣很低，方法內的所有代碼都被鎖住，只需要鎖住關鍵代碼就好，第三種synchronized使用方案
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep3;
public class MyObject {
private static MyObject myObject;
private MyObject() {
}
public static MyObject getInstance() {
// 延遲加載
try {
if (myObject != null) {
} else {
// 模擬在創(chuàng)建對象之前做一些準備性的工作
Thread.sleep(2000);
synchronized (MyObject.class) {
myObject = new MyObject();
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return myObject;
}
}
這么寫看似是最優(yōu)方案了，但是，運行一下結果，發(fā)現(xiàn)，其實它是非線程安全的
結果：
1224717057
971173439
1851889404
1224717057
1672864109
Why？
雖然鎖住了對象創(chuàng)建的語句，每次只能有一個線程完成創(chuàng)建，但是，當第一個線程進來創(chuàng)建完成Object對象以后，第二個線程進來還是可以繼續(xù)創(chuàng)建的，因為我們緊緊只鎖住了創(chuàng)建語句，這個問題解決方案
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep3;
public class MyObject {
private static MyObject myObject;
private MyObject() {
}
public static MyObject getInstance() {
// 延遲加載
try {
if (myObject != null) {
} else {
// 模擬在創(chuàng)建對象之前做一些準備性的工作
Thread.sleep(2000);
synchronized (MyObject.class) {
if (myObject == null) {
myObject = new MyObject();
}
}
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
return myObject;
}
}
只需要在鎖里面再添加一個判斷，就可以保證單例了，這個是DCL雙檢查機制
結果如下：
1224717057
1224717057
1224717057
1224717057
1224717057
三、使用內置靜態(tài)類實現(xiàn)單例
主要代碼
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep4;
public class MyObject {
// 內部類方式
private static class MyObjectHandler {
private static MyObject myObject = new MyObject();
}
public MyObject() {
}
public static MyObject getInstance() {
return MyObjectHandler.myObject;
}
}
線程類代碼
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep4;
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println(MyObject.getInstance().hashCode());
}
}
運行類
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep4;
public class Run {
public static void main(String[] args) {
MyThread t1 = new MyThread();
MyThread t2 = new MyThread();
MyThread t3 = new MyThread();
MyThread t4 = new MyThread();
MyThread t5 = new MyThread();
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
t5.start();
}
}
結果
1851889404
1851889404
1851889404
1851889404
1851889404
通過內部靜態(tài)類，得到了線程安全的單例模式
四、序列化和反序列化單例模式
內置靜態(tài)類可以達到線程安全的問題，但如果遇到序列化對象時，使用默認方式得到的結果還是多例的
MyObject代碼
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep5;
import java.io.Serializable;
public class MyObject implements Serializable {
/**
*
*/
private static final long serialVersionUID = 888L;
// 內部類方式
private static class MyObjectHandler {
private static MyObject myObject = new MyObject();
}
public MyObject() {
}
public static MyObject getInstance() {
return MyObjectHandler.myObject;
}
// protected MyObject readResolve() {
// System.out.println("調用了readResolve方法！");
// return MyObjectHandler.myObject;
// }
}
業(yè)務類
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep5;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutputStream;
public class SaveAndRead {
public static void main(String[] args) {
try {
MyObject myObject = MyObject.getInstance();
FileOutputStream fosRef = new FileOutputStream(new File("myObjectFile.txt"));
ObjectOutputStream oosRef = new ObjectOutputStream(fosRef);
oosRef.writeObject(myObject);
oosRef.close();
fosRef.close();
System.out.println(myObject.hashCode());
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
FileInputStream fisRef;
try {
fisRef = new FileInputStream(new File("myObjectFile.txt"));
ObjectInputStream iosRef = new ObjectInputStream(fisRef);
MyObject myObject = (MyObject) iosRef.readObject();
iosRef.close();
fisRef.close();
System.out.println(myObject.hashCode());
} catch (FileNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
結果
970928725
1099149023
兩個不同的hashCode，證明并不是同一個對象，解決方案，添加下面這段代碼
protected MyObject readResolve() {
System.out.println("調用了readResolve方法！");
return MyObjectHandler.myObject;
}
在反序列化的時候調用，可以得到同一個對象
System.out.println(myObject.readResolve().hashCode());
結果
1255301379
調用了readResolve方法！
1255301379
相同的hashCode，證明得到了同一個對象
五、使用static代碼塊實現(xiàn)單例
靜態(tài)代碼塊中的代碼在使用類的時候就已經執(zhí)行了，所以可以應用靜態(tài)代碼快這個特性來實現(xiàn)單利模式
MyObject類
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep6;
public class MyObject {
private static MyObject instance = null;
private MyObject() {
super();
}
static {
instance = new MyObject();
}
public static MyObject getInstance() {
return instance;
}
}
線程類
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep6;
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(MyObject.getInstance().hashCode());
}
}
}
運行類
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep6;
public class Run {
public static void main(String[] args) {
MyThread t1 = new MyThread();
MyThread t2 = new MyThread();
MyThread t3 = new MyThread();
MyThread t4 = new MyThread();
MyThread t5 = new MyThread();
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
t5.start();
}
}
運行結果：
1678885403
1678885403
1678885403
1678885403
1678885403
1678885403
1678885403
1678885403
1678885403
1678885403
1678885403
1678885403
1678885403
1678885403
1678885403
1678885403
1678885403
1678885403
1678885403
1678885403
1678885403
1678885403
1678885403
1678885403
1678885403
通過靜態(tài)代碼塊只執(zhí)行一次的特性也成功的得到了線程安全的單例模式
六、使用enum枚舉數據類型實現(xiàn)單例模式
枚舉enum和靜態(tài)代碼塊的特性類似，在使用枚舉時，構造方法會被自動調用，也可以用來實現(xiàn)單例模式
MyObject類
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep7;
import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;
public enum MyObject {
connectionFactory;
private Connection connection;
private MyObject() {
try {
System.out.println("調用了MyObject的構造");
String url = "jdbc:mysql://172.16.221.19:3306/wechat_1?useUnicode=true&characterEncoding=UTF-8";
String name = "root";
String password = "111111";
String driverName = "com.mysql.jdbc.Driver";
Class.forName(driverName);
connection = DriverManager.getConnection(url, name, password);
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (SQLException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public Connection getConnection() {
return connection;
}
}
線程類
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep7;
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(MyObject.connectionFactory.getConnection().hashCode());
}
}
}
運行類
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep7;
public class Run {
public static void main(String[] args) {
MyThread t1 = new MyThread();
MyThread t2 = new MyThread();
MyThread t3 = new MyThread();
MyThread t4 = new MyThread();
MyThread t5 = new MyThread();
t1.start();
t2.start();
t3.start();
t4.start();
t5.start();
}
}
運行結果
調用了MyObject的構造
56823666
56823666
56823666
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56823666
56823666
56823666
56823666
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56823666
56823666
56823666
56823666
56823666
56823666
56823666
56823666
56823666
56823666
56823666
56823666
56823666
上面這種寫法將枚舉類暴露了，違反了“職責單一原則”，可以使用一個類將枚舉包裹起來
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep8;
import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;
public class MyObject {
public enum MyEnumSingleton {
connectionFactory;
private Connection connection;
private MyEnumSingleton() {
try {
System.out.println("調用了MyObject的構造");
String url = "jdbc:mysql://172.16.221.19:3306/wechat_1?useUnicode=true&characterEncoding=UTF-8";
String name = "root";
String password = "111111";
String driverName = "com.mysql.jdbc.Driver";
Class.forName(driverName);
connection = DriverManager.getConnection(url, name, password);
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (SQLException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public Connection getConnection() {
return connection;
}
}
public static Connection getConnection() {
return MyEnumSingleton.connectionFactory.getConnection();
}
}
更改線程代碼
package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep8;
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(MyObject.getConnection().hashCode());
}
}
}
結果
調用了MyObject的構造
1948356121
1948356121
1948356121
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1948356121
1948356121
1948356121
1948356121
1948356121
1948356121
1948356121
1948356121
1948356121
1948356121
1948356121
1948356121
1948356121
1948356121
1948356121
1948356121
1948356121
1948356121
1948356121
1948356121
以上總結了單利模式與多線程結合時遇到的各種情況和解決方案，以供以后使用時查閱。
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