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();
}
}
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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();
}
}
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（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();
}
}
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（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;
}
}
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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;
}
}
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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;
}
}
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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
}
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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;
}
}
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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();
} } }
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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;
} }
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调用了readResolve方法
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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;
}
}
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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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