设计模式之美学习笔记
什么是单例模式？
单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一，这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。 这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象，也就是说不能使用new关键字来创建对象。
为什么使用单例模式
public class Logger {
private FileWriter writer;
public Logger() {
File file = new File("/Users/shadowzlh/log.txt");
writer = new FileWriter(file, true); //true表示追加写入
}
public void log(String message) {
writer.write(message);
}
}
// Logger类的应用示例：
public class UserController {
private Logger logger = new Logger();
public void login(String username, String password) {
// ...省略业务逻辑代码...
logger.log(username + " logined!");
}
}
public class OrderController {
private Logger logger = new Logger();
public void create(OrderVo order) {
// ...省略业务逻辑代码...
logger.log("Created an order: " + order.toString());
}
}
在这个例子中， 当两个线程进行都进行日志写入的时候，会导致日志覆盖的情况
单例模式的使用场景
需要生成唯一序列的环境
需要频繁实例化然后销毁的对象。
创建对象时耗时过多或者耗资源过多，但又经常用到的对象。
方便资源相互通信的环境
单例模式的分类
饿汉式
在类加载的时候，instance 静态实例就已经创建并初始化好了，所以，instance 实例的创建过程是线程安全的。
懒汉式
当需要使用的时候才对对象进行创建，多线程环境下，每个线程抢占Singleton类的对象资源，但是可能会发生对个线程同时请求对象实例的问题，这个时候就有可能创建多个对象，从而导致数据不一致，就会出现线程安全问题。
单例模式实现方式
饿汉式实现方式
public class IdGenerator {
private AtomicLong id = new AtomicLong(0);
private static final IdGenerator instance = new IdGenerator();
private IdGenerator() {}
public static IdGenerator getInstance() {
return instance;
}
public long getId() {
return id.incrementAndGet();
}
}
懒汉式实现方式
public class IdGenerator {
private AtomicLong id = new AtomicLong(0);
private static IdGenerator instance;
private IdGenerator() {}
public static synchronized IdGenerator getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new IdGenerator();
}
return instance;
}
public long getId() {
return id.incrementAndGet();
}
}
我们给 getInstance() 这个方法加了一把大锁（synchronzed），导致这个函数的并发度很低。量化一下的话，并发度是 1，也就相当于串行操作了。而这个函数是在单例使用期间，一直会被调用。如果这个单例类偶尔会被用到，那这种实现方式还可以接受。但是，如果频繁地用到，那频繁加锁、释放锁及并发度低等问题，会导致性能瓶颈，这种实现方式就不可取了。
双重检查锁
public class IdGenerator {
private AtomicLong id = new AtomicLong(0);
private static volatile IdGenerator instance;
private IdGenerator() {}
public static IdGenerator getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized(IdGenerator.class) { // 此处为类级别的锁
if (instance == null) {
instance = new IdGenerator();
}
}
}
return instance;
}
public long getId() {
return id.incrementAndGet();
}
}
为什么使用双重检查锁
假设存在两个线程 a , b
a，b 调用 getInstance 方法 ， 都经过了第一个的检查，此时a获得锁进行实例化，a 实例化之后，释放锁，此时b获得锁进行实例化，没有第二次判断的情况下，b 线程会将instance 重复实例化
volatile 的作用：
CPU 指令重排序可能导致在 IdGenerator 类的对象被关键字 new 创建并赋值给 instance 之后，还没来得及初始化（执行构造函数中的代码逻辑），就被另一个线程使用了。这样，另一个线程就使用了一个没有完整初始化的 IdGenerator 类的对象。要解决这个问题，我们只需要给 instance 成员变量添加 volatile 关键字来禁止指令重排序即可。
静态内部类
public class IdGenerator {
private AtomicLong id = new AtomicLong(0);
private IdGenerator() {}
private static class SingletonHolder{
private static final IdGenerator instance = new IdGenerator();
}
public static IdGenerator getInstance() {
return SingletonHolder.instance;
}
public long getId() {
return id.incrementAndGet();
}
}
使用 jvm 本身自己的机制实现单例模式
枚举
public enum IdGenerator {
INSTANCE;
private AtomicLong id = new AtomicLong(0);
public long getId() {
return id.incrementAndGet();
}
}
集群间唯一的单例
需要把这个单例对象序列化并存储到外部共享存储区（比如文件）。进程在使用这个单例对象的时候，需要先从外部共享存储区中将它读取到内存，并反序列化成对象，然后再使用，使用完成之后还需要再存储回外部共享存储区。为了保证任何时刻，在进程间都只有一份对象存在，一个进程在获取到对象之后，需要对对象加锁，避免其他进程再将其获取。在进程使用完这个对象之后，还需要显式地将对象从内存中删除，并且释放对对象的加锁。
public class IdGenerator {
private AtomicLong id = new AtomicLong(0);
private static IdGenerator instance;
private static SharedObjectStorage storage = FileSharedObjectStorage(/*入参省略，比如文件地址*/);
private static DistributedLock lock = new DistributedLock();
private IdGenerator() {}
public synchronized static IdGenerator getInstance()
if (instance == null) {
lock.lock();
instance = storage.load(IdGenerator.class);
}
return instance;
}
public synchroinzed void freeInstance() {
storage.save(this, IdGeneator.class);
instance = null; //释放对象
lock.unlock();
}
public long getId() {
return id.incrementAndGet();
}
}
// IdGenerator使用举例
IdGenerator idGeneator = IdGenerator.getInstance();
long id = idGenerator.getId();
idGenerator.freeInstance();
单例模式的替代方案
为了保证全局唯一，除了使用单例，我们还可以用静态方法来实现。不过，静态方法这种实现思路，并不能解决我们之前提到的问题。如果要完全解决这些问题，我们可能要从根上，寻找其他方式来实现全局唯一类了。比如，通过工厂模式、IOC 容器（比如 Spring IOC 容器）来保证，由程序员自己来保证（自己在编写代码的时候自己保证不要创建两个类对象）。