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服務(wù)器之家 - 編程語言 - JAVA教程 - Java單例模式與多線程總結(jié)歸納

Java單例模式與多線程總結(jié)歸納

2020-04-11 12:24寶寶快來 JAVA教程

這篇文章主要介紹了Java單例模式與多線程總結(jié)歸納 的相關(guān)資料,需要的朋友可以參考下

概念：

　　java中單例模式是一種常見的設(shè)計(jì)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(diǎn)：

　　1、單例類只能有一個(gè)實(shí)例。

　　2、單例類必須自己創(chuàng)建自己的唯一實(shí)例。

　　3、單例類必須給所有其他對象提供這一實(shí)例。

　　單例模式確保某個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例，而且自行實(shí)例化并向整個(gè)系統(tǒng)提供這個(gè)實(shí)例。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，線程池、緩存、日志對象、對話框、打印機(jī)、顯卡的驅(qū)動程序?qū)ο蟪１辉O(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)可以有若干個(gè)打印機(jī)，但只能有一個(gè)Printer Spooler，以避免兩個(gè)打印作業(yè)同時(shí)輸出到打印機(jī)中。每臺計(jì)算機(jī)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(gè)通信端口同時(shí)被兩個(gè)請求同時(shí)調(diào)用。總之，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(xì)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(shí)例就已經(jīng)被創(chuàng)建，代碼：

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package com.weishiyao.learn.day.singleton.ep;
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(diǎn)是不能有其他實(shí)例變量
// 因?yàn)間etInstance()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

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package com.weishiyao.learn.day.singleton.ep;
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println(MyObject.getInstance().hashCode());
}
}

創(chuàng)建運(yùn)行類

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package com.weishiyao.learn.day.singleton.ep;
public class Run {
public static void main(String[] args) {
MyThread t = new MyThread();
MyThread t = new MyThread();
MyThread t = new MyThread();
t.start();
t.start();
t.start();
}
}

運(yùn)行結(jié)果

1 167772895
2 167772895
3 167772895

hashCode是同一個(gè)值，說明對象也是同一個(gè)，說明實(shí)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(shí)例才會被創(chuàng)建，實(shí)現(xiàn)方案可以是將實(shí)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(shí)候才會創(chuàng)建對象的實(shí)例，代碼：

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package com.weishiyao.learn.day.singleton.ep;
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

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package com.weishiyao.learn.day.singleton.ep;
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println(MyObject.getInstance().hashCode());
}
}

創(chuàng)建運(yùn)行類

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package com.weishiyao.learn.day8.singleton.ep2;
public class Run {
public static void main(String[] args) {
MyThread t1 = new MyThread();
t1.start();
}
}

運(yùn)行結(jié)果

1 167772895

這樣雖然取出了一個(gè)對象的實(shí)例，但是如果在多線程的環(huán)境中，就會出現(xiàn)多個(gè)實(shí)例的情況，這樣就不是單例模式了

運(yùn)行測試類

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package com.weishiyao.learn.day.singleton.ep;
public class Run {
public static void main(String[] args) {
MyThread t = new MyThread();
MyThread t = new MyThread();
MyThread t = new MyThread();
MyThread t = new MyThread();
MyThread t = new MyThread();
t.start();
t.start();
t.start();
t.start();
t.start();
}
}

運(yùn)行結(jié)果

1 980258163
2 1224717057
3 1851889404
4 188820504
5 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

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package com.weishiyao.learn.day.singleton.ep;
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(); 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(gè)方法都被鎖住

第二種synchronized使用方案

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package com.weishiyao.learn.day.singleton.ep;
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();
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

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package com.weishiyao.learn.day.singleton.ep;
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();
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(yùn)行一下結(jié)果，發(fā)現(xiàn)，其實(shí)它是非線程安全的

結(jié)果：

1 1224717057
2 971173439
3 1851889404
4 1224717057
5 1672864109
Why？

雖然鎖住了對象創(chuàng)建的語句，每次只能有一個(gè)線程完成創(chuàng)建，但是，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)線程進(jìn)來創(chuàng)建完成Object對象以后，第二個(gè)線程進(jìn)來還是可以繼續(xù)創(chuàng)建的，因?yàn)槲覀兙o緊只鎖住了創(chuàng)建語句，這個(gè)問題解決方案

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package com.weishiyao.learn.day.singleton.ep;
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();
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(gè)判斷，就可以保證單例了，這個(gè)是DCL雙檢查機(jī)制

結(jié)果如下：

1 1224717057
2 1224717057
3 1224717057
4 1224717057
5 1224717057

三、使用內(nèi)置靜態(tài)類實(shí)現(xiàn)單例

主要代碼

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package com.weishiyao.learn.day.singleton.ep;
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

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package com.weishiyao.learn.day.singleton.ep;
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println(MyObject.getInstance().hashCode());
}
}

運(yùn)行類

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package com.weishiyao.learn.day.singleton.ep;
public class Run {
public static void main(String[] args) {
MyThread t = new MyThread();
MyThread t = new MyThread();
MyThread t = new MyThread();
MyThread t = new MyThread();
MyThread t = new MyThread();
t.start();
t.start();
t.start();
t.start();
t.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(dá)到線程安全的問題，但如果遇到序列化對象時(shí)，使用默認(rèn)方式得到的結(jié)果還是多例的

MyObject代碼

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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

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package com.weishiyao.learn.day.singleton.ep;
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

1 970928725
2 1099149023

兩個(gè)不同的hashCode，證明并不是同一個(gè)對象，解決方案，添加下面這段代碼

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　　protected MyObject readResolve() {
System.out.println("調(diào)用了readResolve方法！");
return MyObjectHandler.myObject;
}

在反序列化的時(shí)候調(diào)用，可以得到同一個(gè)對象

System.out.println(myObject.readResolve().hashCode());

結(jié)果

1 1255301379
2 調(diào)用了readResolve方法！
3 1255301379

相同的hashCode，證明得到了同一個(gè)對象

五、使用static代碼塊實(shí)現(xiàn)單例

靜態(tài)代碼塊中的代碼在使用類的時(shí)候就已經(jīng)執(zhí)行了，所以可以應(yīng)用靜態(tài)代碼快這個(gè)特性來實(shí)現(xiàn)單利模式

MyObject類

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package com.weishiyao.learn.day.singleton.ep;
public class MyObject {
private static MyObject instance = null;
private MyObject() {
super();
}
static {
instance = new MyObject();
}
public static MyObject getInstance() {
return instance;
}
}

線程類

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package com.weishiyao.learn.day.singleton.ep;
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = ; i < ; i++) {
System.out.println(MyObject.getInstance().hashCode());
}
}
}

運(yùn)行類

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package com.weishiyao.learn.day.singleton.ep;
public class Run {
public static void main(String[] args) {
MyThread t = new MyThread();
MyThread t = new MyThread();
MyThread t = new MyThread();
MyThread t = new MyThread();
MyThread t = new MyThread();
t.start();
t.start();
t.start();
t.start();
t.start();
}
}

運(yùn)行結(jié)果：

1 1678885403
2 1678885403
3 1678885403
4 1678885403
5 1678885403
6 1678885403
7 1678885403
8 1678885403
9 1678885403
10 1678885403
11 1678885403
12 1678885403
13 1678885403
14 1678885403
15 1678885403
16 1678885403
17 1678885403
18 1678885403
19 1678885403
20 1678885403
21 1678885403
22 1678885403
23 1678885403
24 1678885403
25 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(shí)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(shí)，構(gòu)造方法會被自動調(diào)用，也可以用來實(shí)現(xiàn)單例模式

MyObject類

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package com.weishiyao.learn.day.singleton.ep;
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://...:/wechat_?useUnicode=true&characterEncoding=UTF-";
String name = "root";
String password = "";
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

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package com.weishiyao.learn.day.singleton.ep;
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = ; i < ; i++) {
System.out.println(MyObject.connectionFactory.getConnection().hashCode());
}
}
}

運(yùn)行類

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15
package com.weishiyao.learn.day.singleton.ep;
public class Run {
public static void main(String[] args) {
MyThread t = new MyThread();
MyThread t = new MyThread();
MyThread t = new MyThread();
MyThread t = new MyThread();
MyThread t = new MyThread();
t.start();
t.start();
t.start();
t.start();
t.start();
}
}

運(yùn)行結(jié)果

1 調(diào)用了MyObject的構(gòu)造
2 56823666
3 56823666
4 56823666
5 56823666
6 56823666
7 56823666
8 56823666
9 56823666
10 56823666
11 56823666
12 56823666
13 56823666
14 56823666
15 56823666
16 56823666
17 56823666
18 56823666
19 56823666
20 56823666
21 56823666
22 56823666
23 56823666
24 56823666
25 56823666
26 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(gè)類將枚舉包裹起來

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package com.weishiyao.learn.day.singleton.ep;
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://...:/wechat_?useUnicode=true&characterEncoding=UTF-";
String name = "root";
String password = "";
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

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1
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3
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5
6
7
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package com.weishiyao.learn.day.singleton.ep;
public class MyThread extends Thread {
@Override
public void run() {
for (int i = ; i < ; i++) {
System.out.println(MyObject.getConnection().hashCode());
}
}
}

結(jié)果

1 調(diào)用了MyObject的構(gòu)造
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以上總結(jié)了單利模式與多線程結(jié)合時(shí)遇到的各種情況和解決方案，以供以后使用時(shí)查閱。

延伸 · 閱讀

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