Java多线程编程（六）单例模式与多线程

　　在使用多线程技术的单例模式时会出现一些意想不到的情况，这样的代码如果在生产环境中出现异常，有可能造成灾难性的后果。

　　一、立即加载/“饿汉模式”

　　立即加载就是使用类的时候已经将对象创建完毕，常见的实现方法就是直接new实例化。立即加载/“饿汉模式”是在调用方法前，实例已经被创建了。

　　示例：从输出结果可以看出，虽然3个线程同时执行了同一个对象的同一个方法，但是输出的hashCode值是一样的，说明对象是同一个，因为private static MyObject myObject = new MyObject();所以也就实现了立即加载型单例设计模式。

package test;

public class MyObject {

    //立即加载 == 懒汉模式

    private static MyObject myObject = new MyObject();

    private MyObject() {

    }

    public static MyObject getInstance() {

        //缺点是不能有其他实例变量，因为getInstance()方法没有同步，所以有可能出现非线程安全问题。

        return myObject;

    }

}

package extthread;

import test.MyObject;

public class MyThread extends Thread {

    @Override

    public void run() {

        System.out.println(MyObject.getInstance().hashCode());

    }

}

package test.run;

import extthread.MyThread;

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();

    }

}

　　二、延迟加载/“懒汉模式”

　　延迟加载就是在调用get()方法时实例才被创建，常见的办法就是在get()方法中进行new实例化。

　　（1）延迟加载/“懒汉模式”实现

　　示例：由于只有一个线程，所以从结果来看确实取得了一个对象的实例，但是在多线程环境中，就会取出多个实例的情况，这与单例模式的初衷是相违背的。

package test;

public class MyObject {

    private static MyObject myObject;

    private MyObject() {

    }

    public static MyObject getInstance() {

        //延迟加载

        if (myObject != null) {

        } else {

            myObject = new MyObject();

        }

        return myObject;

    }

}

package extthread;

import test.MyObject;

public class MyThread extends Thread {

    @Override

    public void run() {

        System.out.println(MyObject.getInstance().hashCode());

    }

}

package test.run;

import extthread.MyThread;

public class Run {

    public static void main(String[] args) {

        MyThread t1 = new MyThread();

        t1.start();

    }

}

51011016

　　（2）延迟加载/“懒汉模式”缺点

　　示例：验证多线程中延迟加载的错误性。从输出可以看出来，3个线程创建了3个不同的实例，这是因为3个线程没有实现同步，即一开始都判断没有实例，所以都创建了实例。

package test;

public class MyObject {

    private static MyObject myObject;

    private MyObject() {

    }

    public static MyObject getInstance() {

        try {

            if (myObject != null) {

            } else {

                //模拟在创建对象前做一些准备工作

                Thread.sleep(3000);

                myObject = new MyObject();

            }

        } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();

        }

        return myObject;

    }

}

package extthread;

import test.MyObject;

public class MyThread extends Thread {

    @Override

    public void run() {

        System.out.println(MyObject.getInstance().hashCode());

    }

}

package test.run;

import extthread.MyThread;

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();

    }

}

　　（3）延迟加载/“懒汉模式”解决方案

　　①声明synchronized关键字

　　示例：修改getInstance()方法，加上synchronized关键字，既然多个线程可以同时进入getInstance()方法，那么只需要对getInstance()方法声明synchronized关键字即可，这样就可以得到相同实例的对象，但此种方法的运行效率非常低下，是同步运行的，下一个线程想要取得对象，就必须等待上一个线程释放锁之后，才可以继续执行。执行完需要花费9秒的时间。

package test;

public class MyObject {

    private static MyObject myObject;

    private MyObject() {

    }

    synchronized public static MyObject getInstance() {

        try {

            if (myObject != null) {

            } else {

                //模拟在创建对象前做一些准备工作

                Thread.sleep(3000);

                myObject = new MyObject();

            }

        } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();

        }

        return myObject;

    }

}

　　②尝试同步代码块

　　示例：之前的加synchronized关键字是对整个方法上锁，这里虽然使用了同步代码块，但是几乎是整个方法里面的代码，虽然可以达到效果，但这对运行效率来说也是不利的。执行总时间也是9秒。

package test;

public class MyObject {

    private static MyObject myObject;

    private MyObject() {

    }

    public static MyObject getInstance() {

        try {

            // 这种方法等同于

            // synchronized public static MyObject getInstance()

            // 效率一样很低，全部代码被上锁。

            synchronized (MyObject.class) {

                if (myObject != null) {

                } else {

                    Thread.sleep(3000);

                    myObject = new MyObject();

                }

            }

        } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();

        }

        return myObject;

    }

}

　　③针对某些重要的代码进行单独的同步

　　示例：同步代码块可以针对某些重要的代码进行单独的同步，而其他的代码则不需要同步。这样在运行时，效率完全可以得到大幅提升。虽然不对sleep(3000)上锁这个思路很对，但是还是无法解决问题啊，3个线程还是分别都创建了一个实例。

package test;

public class MyObject {

    private static MyObject myObject;

    private MyObject() {

    }

    public static MyObject getInstance() {

        try {

            if (myObject != null) {

            } else {

                // 模拟在创建对象之前做一些准备性的工作

                Thread.sleep(3000);

                //使用synchronized (MyObject.class)

                //虽然部分代码被上锁

                //但是还是有非线程安全问题

                synchronized (MyObject.class) {

                    myObject = new MyObject();

                }

            }

        } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();

        }

        return myObject;

    }

}

　　④使用DCL双检查锁机制

　　示例：采用双重检查锁机制，成功解决了延迟加载遇到多线程的问题。DCL也是大多数多线程结合单例模式使用的解决方案。整个代码执行时间远少于9秒。

package test;

public class MyObject {

    private volatile static MyObject myObject;

    private MyObject() {

    }

    //使用双监测机制来解决问题，既保证了不需要同步代码的异步执行性，有保证了单例的效果

    public static MyObject getInstance() {

        try {

            if (myObject != null) {

            } else {

                //模拟在创建对象之前做的一些准备性的工作

                Thread.sleep(3000);

                synchronized (MyObject.class) {

                    if (myObject == null) {

                        myObject = new MyObject();

                    }

                }

            }

        } catch (InterruptedException e) {

            e.printStackTrace();

        }

        return myObject;

    }

    //称为Double-Check Locking

}

　　三、使用静态内置类实现单例模式

　　除了DCL外，其他的方法也能达到同样的效果。

　　示例：通过使用静态内之类的方式也可以实现3个线程只创建一个对象的需求。

package test;

public class MyObject {

    //内部静态类方式

    private static class MyObjectHandler {

        private static MyObject myObject = new MyObject();

    }

    private MyObject() {

    }

    public static MyObject getInstance() {

        return MyObjectHandler.myObject;

    }

}

　　四、序列化与反序列化的单例模式实现

　　静态内置类可以达到线程安全问题，但如果需要序列化对象时，使用默认的方式运行得到的结果还是多例的。

　　示例1：不使用readResolve()方法时，得到的不是同一个对象。

package test;

import java.io.ObjectStreamException;

import java.io.Serializable;

public class MyObject implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 888L;

    //静态内置类方式

    private static class MyObjectHandler {

        private static final MyObject myObject = new MyObject();

    }

    private MyObject() {

    }

    public static MyObject getInstance() {

        return MyObjectHandler.myObject;

    }

//    protected Object readResolve() throws ObjectStreamException {

//        System.out.println("调用了readResolve方法");

//        return MyObjectHandler.myObject;

//    }

}

package test.run;

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;

import test.MyObject;

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();

        }

        try {

            FileInputStream 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();

        }

    }

}

1975012498

990368553

　　示例2：在反序列化中使用readResolve()方法时，就会得到同一个对象。

package test;

import java.io.ObjectStreamException;

import java.io.Serializable;

public class MyObject implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 888L;

    //静态内置类方式

    private static class MyObjectHandler {

        private static final MyObject myObject = new MyObject();

    }

    private MyObject() {

    }

    public static MyObject getInstance() {

        return MyObjectHandler.myObject;

    }

    protected Object readResolve() throws ObjectStreamException {

        System.out.println("调用了readResolve方法");

        return MyObjectHandler.myObject;

    }

}

1975012498

调用了readResolve方法

1975012498

　　五、使用static代码块实现单例模式

　　静态代码块中的代码在使用类的时候就已经执行了，所以可以应用静态代码块的这个特性来实现单例设计模式。

　　示例：从输出结果也可以看出，使用静态代码块也可以解决问题。

package test;

public class MyObject {

    private static MyObject instance = null;

    private MyObject() {

    }

    static {

        instance = new MyObject();

    }

    public static MyObject getInstance() {

        return instance;

    }

}

　　六、使用enum枚举数据类型实现单例模式

　　枚举enum和静态代码块的特性相似，在使用枚举时，构造方法会被自动调用，也可以利用这个特性实现单例设计模式。

　　示例：利用public enum MyObject{}枚举类，可以实现单例设计模式。

package test;

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("调用了MyObject的构造器");

            String url = "jdbc:sqlserver://localhost:1079;databaseName=ghydb";

            String username = "sa";

            String password = "";

            String driverName = "com.microsoft.sqlserver.jdbc.SQLServerDriver";

            Class.forName(driverName);

            connection = DriverManager.getConnection(url, username, password);

        } catch (ClassNotFoundException e) {

            e.printStackTrace();

        } catch (SQLException e) {

            e.printStackTrace();

        }

    }

    public Connection getConnection() {

        return connection;

    }

}

package extthread;

import test.MyObject;

public class MyThread extends Thread {

    @Override

    public void run() {

        for (int i = 0; i < 5; i++) {

            System.out.println(MyObject.connectionFactory.getConnection()

                    .hashCode());

        }

    }

}

调用了MyObject的构造器
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　　七、完善使用enum枚举实现单例模式

　　示例：六中的示例将枚举类进行曝露，违反了“职责单一原则”，修改MyObject类进行完善。

package test;

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("创建MyObject对象");

                String url = "jdbc:sqlserver://localhost:1079;databaseName=y2";

                String username = "sa";

                String password = "";

                String driverName = "com.microsoft.sqlserver.jdbc.SQLServerDriver";

                Class.forName(driverName);

                connection = DriverManager.getConnection(url, username,

                        password);

            } catch (ClassNotFoundException e) {

                e.printStackTrace();

            } catch (SQLException e) {

                e.printStackTrace();

            }

        }

        public Connection getConnection() {

            return connection;

        }

    }

    public static Connection getConnection() {

        return MyEnumSingleton.connectionFactory.getConnection();

    }

}

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