java多線程之線程安全的單例模式

更新時間：2016年03月28日 16:53:09 作者：寶寶快來

這篇文章主要為大家詳細介紹了java多線程之線程安全的單例模式，文章內(nèi)容全面，感興趣的小伙伴們可以參考一下

概念：
　　java中單例模式是一種常見的設(shè)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(qū)動程序?qū)ο蟪１辉O(shè)計成單例。這些應(yīng)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(yīng)當(dāng)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(diào)用?？傊?，選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(diào)用方法前，實例就已經(jīng)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(jié)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(diào)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(gòu)造函數(shù)當(dāng)中，這樣只有當(dāng)調(diào)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(jié)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(jié)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(zhǔn)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(dǎo)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(zhǔn)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(nèi)的所有代碼都被鎖住，只需要鎖住關(guān)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(zhǔn)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(jié)果，發(fā)現(xiàn)，其實它是非線程安全的

結(jié)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(dāng)?shù)谝粋€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(zhǔn)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(jié)果如下：

1224717057
1224717057
1224717057
1224717057
1224717057
三、使用內(nèi)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(nèi)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(jié)果

1851889404
1851889404
1851889404
1851889404
1851889404
通過內(nèi)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(nèi)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(rèn)方式得到的結(jié)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(nèi)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(diào)用了readResolve方法！");
//    return MyObjectHandler.myObject;
//  }
}

業(yè)務(wù)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(jié)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(diào)用了readResolve方法！");
    return MyObjectHandler.myObject;
  }

在反序列化的時候調(diào)用，可以得到同一個對象

System.out.println(myObject.readResolve().hashCode());
結(jié)果

1255301379
調(diào)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(jīng)執(zhí)行了，所以可以應(yīng)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(jié)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(shù)據(jù)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(gòu)造方法會被自動調(diào)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(diào)用了MyObject的構(gòu)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(jié)果

調(diào)用了MyObject的構(gòu)造
56823666
56823666
56823666
56823666
56823666
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56823666
56823666
56823666
上面這種寫法將枚舉類暴露了，違反了“職責(zé)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(diào)用了MyObject的構(gòu)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(jié)果
調(diào)用了MyObject的構(gòu)造
1948356121
1948356121
1948356121
1948356121
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1948356121
1948356121
1948356121
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1948356121
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