服务器之家:专注于服务器技术及软件下载分享
分类导航

PHP教程|ASP.NET教程|Java教程|ASP教程|编程技术|正则表达式|C/C++|IOS|C#|Swift|Android|JavaScript|易语言|

服务器之家 - 编程语言 - Java教程 - 教你java面试时如何聊单例模式

教你java面试时如何聊单例模式

2021-09-22 00:45IT枫斗者 Java教程

这篇文章主要给大家介绍了关于Java单例模式推荐的几种模式,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家学习或者使用Java具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面来一起学习学习吧

NO.1 单例模式的应用场景

单例模式(Singleton Pattern)是指确保一个类在任何情况下都绝对只有一个实例,并提供一个全局访问点。单例模式是创建型模式。单例模式在现实生活中应用也非常广泛。例如公司 CEO、部门经理等。在 J2EE 标准中,ServletContext、ServletContextConfig 等;在 Spring 框架应用中 ApplicationContext;数据库的连接池也都是单例形式。

NO.2 饿汉式单例

先来看单例模式的类结构图:

教你java面试时如何聊单例模式

饿汉式单例是在类加载的时候就立即初始化,并且创建单例对象。绝对线程安全,在线程还没出现以前就是实例化了,不可能存在访问安全问题。

优点:没有加任何的锁、执行效率比较高,在用户体验上来说,比懒汉式更好。

缺点:类加载的时候就初始化,不管用与不用都占着空间,浪费了内存,有可能占着茅坑不拉屎。

Spring 中 IOC 容器 ApplicationContext 本身就是典型的饿汉式单例。接下来看一段代码:

  1. public class HungrySingleton {
  2. //先静态、后动态
  3. //先属性、后方法
  4. //先上后下
  5. private static final HungrySingleton hungrySingleton = new HungrySingleton();
  6. private HungrySingleton(){}
  7. public static HungrySingleton getInstance(){
  8. return hungrySingleton;
  9. }
  10. }

还有另外一种写法,利用静态代码块的机制:

  1. //饿汉式静态块单例
  2. public class HungryStaticSingleton {
  3. private static final HungryStaticSingleton hungrySingleton;
  4. static {
  5. hungrySingleton = new HungryStaticSingleton();
  6. }
  7. private HungryStaticSingleton(){}
  8. public static HungryStaticSingleton getInstance(){
  9. return hungrySingleton;
  10. }
  11. }

这两种写法都非常的简单,也非常好理解,饿汉式适用在单例对象较少的情况。下面我们来看性能更优的写法。

NO.3 懒汉式单例

懒汉式单例的特点是:被外部类调用的时候内部类才会加载,下面看懒汉式单例的简单实现 LazySimpleSingleton:

  1. //懒汉式单例
  2. //在外部需要使用的时候才进行实例化
  3. public class LazySimpleSingleton {
  4. private LazySimpleSingleton(){}
  5. //静态块,公共内存区域
  6. private static LazySimpleSingleton lazy = null;
  7. public static LazySimpleSingleton getInstance(){
  8. if(lazy == null){
  9. lazy = new LazySimpleSingleton();
  10. }
  11. return lazy;
  12. }
  13. }

然后写一个线程类 ExectorThread 类:

  1. public class ExectorThread implements Runnable{
  2. @Override
  3. public void run() {
  4. LazySimpleSingleton singleton = LazySimpleSingleton.getInstance();
  5. System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + singleton);
  6. }
  7. }

客户端测试代码:

  1. public class LazySimpleSingletonTest {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. Thread t1 = new Thread(new ExectorThread());
  4. Thread t2 = new Thread(new ExectorThread());
  5. t1.start();
  6. t2.start();
  7. System.out.println("End");
  8. }
  9. }

运行结果

​​​​​​​​​​​​​​教你java面试时如何聊单例模式

一定几率出现创建两个不同结果的情况,意味着上面的单例存在线程安全隐患。现在我们用调试运行再具体看一下,教给大家一个新技能,用线程模式调试,手动控制线程的执行顺序来跟踪内存的变化状态。先给 ExectorThread 类打上断点:

教你java面试时如何聊单例模式

右键点击断点,切换为 Thread 模式,如下图:

教你java面试时如何聊单例模式

然后,给 LazySimpleSingleton 类打上断点,同样标记为 Thread 模式:

教你java面试时如何聊单例模式

切回到客户端测试代码,同样也打上断点,同时改为 Thread 模式,如下图:

教你java面试时如何聊单例模式

开始 debug 之后,会看到 debug 控制台可以自由切换 Thread 的运行状态:

教你java面试时如何聊单例模式

通过不断切换线程,并观测其内存状态,我们发现在线程环境下 LazySimpleSingleton被实例化了两次。有时,我们得到的运行结果可能是相同的两个对象,实际上是被后面执行的线程覆盖了,我们看到了一个假象,线程安全隐患依旧存在。那么,我们如何来优化代码,使得懒汉式单例在线程环境下安全呢?来看下面的代码,给 getInstance()加上 synchronized 关键字,是这个方法变成线程同步方法:

  1. public class LazySimpleSingleton {
  2. private LazySimpleSingleton(){}
  3. //静态块,公共内存区域
  4. private static LazySimpleSingleton lazy = null;
  5. public synchronized static LazySimpleSingleton getInstance(){
  6. if(lazy == null){
  7. lazy = new LazySimpleSingleton();
  8. }
  9. return lazy;
  10. }
  11. }

这时候,我们再来调试。当我们将其中一个线程执行并调用 getInstance()方法时,另一个线程在调用 getInstance()方法,线程的状态由 RUNNING 变成了 MONITOR,出现阻塞。直到第一个线程执行完,第二个线程才恢复 RUNNING 状态继续调用 getInstance()方法。如下图所示:

教你java面试时如何聊单例模式

完美的展现了 synchronized 监视锁的运行状态,线程安全的问题便解决了。但是,用synchronized 加锁,在线程数量比较多情况下,如果 CPU 分配压力上升,会导致大批量线程出现阻塞,从而导致程序运行性能大幅下降。那么,有没有一种更好的方式,既兼顾线程安全又提升程序性能呢?答案是肯定的。我们来看双重检查锁的单例模式:

  1. public class LazyDoubleCheckSingleton {
  2. private volatile static LazyDoubleCheckSingleton lazy = null;
  3. private LazyDoubleCheckSingleton(){}
  4. public static LazyDoubleCheckSingleton getInstance(){
  5. if(lazy == null){
  6. synchronized (LazyDoubleCheckSingleton.class){
  7. if(lazy == null){
  8. lazy = new LazyDoubleCheckSingleton();
  9. //1.分配内存给这个对象
  10. //2.初始化对象
  11. //3.设置 lazy 指向刚分配的内存地址 }
  12. }
  13. }
  14. return lazy;
  15. }
  16. }

现在,我们来断点调试:

教你java面试时如何聊单例模式

当第一个线程调用 getInstance()方法时,第二个线程也可以调用 getInstance()。当第一个线程执行到 synchronized 时会上锁,第二个线程就会变成 MONITOR 状态,出现阻

塞。此时,阻塞并不是基于整个 LazySimpleSingleton 类的阻塞,而是在 getInstance()方法内部阻塞,只要逻辑不是太复杂,对于调用者而言感知不到。但是,用到 synchronized 关键字,总归是要上锁,对程序性能还是存在一定影响的。难道就真的没有更好的方案吗?当然是有的。我们可以从类初始化角度来考虑,看下面的代码,采用静态内部类的方式:

  1. //这种形式兼顾饿汉式的内存浪费,也兼顾synchronized性能问题
  2. //完美地屏蔽了这两个缺点
  3. public class LazyInnerClassSingleton {
  4. //默认使用LazyInnerClassGeneral的时候,会先初始化内部类
  5. //如果没使用的话,内部类是不加载的
  6. private LazyInnerClassSingleton(){}
  7. //每一个关键字都不是多余的
  8. //static 是为了使单例的空间共享
  9. //保证这个方法不会被重写,重载
  10. public static final LazyInnerClassSingleton getInstance(){
  11. //在返回结果以前,一定会先加载内部类
  12. return LazyHolder.LAZY;
  13. }
  14. //默认不加载
  15. private static class LazyHolder{
  16. private static final LazyInnerClassSingleton LAZY = new LazyInnerClassSingleton();
  17. }
  18. }

这种形式兼顾饿汉式的内存浪费,也兼顾 synchronized 性能问题。内部类一定是要在方

法调用之前初始化,巧妙地避免了线程安全问题。由于这种方式比较简单,我们就不带

大家一步一步调试了。

NO.4 反射破坏单例

大家有没有发现,上面介绍的单例模式的构造方法除了加上 private 以外,没有做任何处理。如果我们使用反射来调用其构造方法,然后,再调用 getInstance()方法,应该就会两个不同的实例。现在来看一段测试代码,以 LazyInnerClassSingleton 为例:

  1. public class LazyInnerClassSingletonTest {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. try{
  4. //很无聊的情况下,进行破坏
  5. Class<?> clazz = LazyInnerClassSingleton.class;
  6. //通过反射拿到私有的构造方法
  7. Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor(null);
  8. //强制访问,强吻,不愿意也要吻
  9. c.setAccessible(true);
  10. //暴力初始化
  11. Object o1 = c.newInstance();
  12. //调用了两次构造方法,相当于new了两次
  13. //犯了原则性问题,
  14. Object o2 = c.newInstance();
  15. System.out.println(o1 == o2);
  16. // Object o2 = c.newInstance();
  17. }catch (Exception e){
  18. e.printStackTrace();
  19. }
  20. }
  21. }

运行结果如下:

教你java面试时如何聊单例模式

显然,是创建了两个不同的实例。现在,我们在其构造方法中做一些限制,一旦出现多次重复创建,则直接抛出异常。来看优化后的代码:

  1. 码:
  2. //这种形式兼顾饿汉式的内存浪费,也兼顾synchronized性能问题
  3. //完美地屏蔽了这两个缺点
  4. //史上最牛B的单例模式的实现方式
  5. public class LazyInnerClassSingleton {
  6. //默认使用LazyInnerClassGeneral的时候,会先初始化内部类
  7. //如果没使用的话,内部类是不加载的
  8. private LazyInnerClassSingleton(){
  9. if(LazyHolder.LAZY != null){
  10. throw new RuntimeException("不允许创建多个实例");
  11. }
  12. }
  13. //每一个关键字都不是多余的
  14. //static 是为了使单例的空间共享
  15. //保证这个方法不会被重写,重载
  16. public static final LazyInnerClassSingleton getInstance(){
  17. //在返回结果以前,一定会先加载内部类
  18. return LazyHolder.LAZY;
  19. }
  20. //默认不加载
  21. private static class LazyHolder{
  22. private static final LazyInnerClassSingleton LAZY = new LazyInnerClassSingleton();
  23. }
  24. }

再运行测试代码,会得到以下结果:

教你java面试时如何聊单例模式

至此,史上最牛 B 的单例写法便大功告成。

NO.5 序列化破坏单例

当我们将一个单例对象创建好,有时候需要将对象序列化然后写入到磁盘,下次使用时再从磁盘中读取到对象,反序列化转化为内存对象。反序列化后的对象会重新分配内存,即重新创建。那如果序列化的目标的对象为单例对象,就违背了单例模式的初衷,相当于破坏了单例,来看一段代码:

  1. //反序列化时导致单例破坏
  2. public class SeriableSingleton implements Serializable {
  3. //序列化就是说把内存中的状态通过转换成字节码的形式
  4. //从而转换一个 IO 流,写入到其他地方(可以是磁盘、网络 IO)
  5. //内存中状态给永久保存下来了
  6. //反序列化
  7. //讲已经持久化的字节码内容,转换为 IO 流
  8. //通过 IO 流的读取,进而将读取的内容转换为 Java 对象
  9. //在转换过程中会重新创建对象 new
  10. public final static SeriableSingleton INSTANCE = new SeriableSingleton();
  11. private SeriableSingleton(){}
  12. public static SeriableSingleton getInstance(){
  13. return INSTANCE;
  14. }
  15. }

运行结果

教你java面试时如何聊单例模式

运行结果中,可以看出,反序列化后的对象和手动创建的对象是不一致的,实例化了两次,违背了单例的设计初衷。那么,我们如何保证序列化的情况下也能够实现单例?其实很简单,只需要增加 readResolve()方法即可。来看优化代码:

  1. public class SeriableSingleton implements Serializable {
  2. //序列化就是说把内存中的状态通过转换成字节码的形式
  3. //从而转换一个IO流,写入到其他地方(可以是磁盘、网络IO)
  4. //内存中状态给永久保存下来了
  5. //反序列化
  6. //讲已经持久化的字节码内容,转换为IO流
  7. //通过IO流的读取,进而将读取的内容转换为Java对象
  8. //在转换过程中会重新创建对象new
  9. public final static SeriableSingleton INSTANCE = new SeriableSingleton();
  10. private SeriableSingleton(){}
  11. public static SeriableSingleton getInstance(){
  12. return INSTANCE;
  13. }
  14. private Object readResolve(){
  15. return INSTANCE;
  16. }
  17. ​}

再看运行结果:

教你java面试时如何聊单例模式

大家一定会关心这是什么原因呢?为什么要这样写?看上去很神奇的样子,也让人有些费 解 。不 如 , 我 们 一 起 来 看 看 JDK 的 源 码 实 现 以 一 清 二 楚 了 。我 们 进 入ObjectInputStream 类的 readObject()方法,代码如下:

  1. public final Object readObject()
  2. throws IOException, ClassNotFoundException
  3. {
  4. if (enableOverride) {
  5. return readObjectOverride();
  6. }
  7. // if nested read, passHandle contains handle of enclosing object
  8. int outerHandle = passHandle;
  9. try {
  10. Object obj = readObject0(false);
  11. handles.markDependency(outerHandle, passHandle);
  12. ClassNotFoundException ex = handles.lookupException(passHandle);
  13. if (ex != null) {
  14. throw ex;
  15. }
  16. if (depth == 0) {
  17. vlist.doCallbacks();
  18. }
  19. return obj;
  20. } finally {
  21. passHandle = outerHandle;
  22. if (closed && depth == 0) {
  23. clear();
  24. }
  25. }
  26. }

我们发现在readObject中又调用了我们重写的readObject0()方法。进入readObject0()方法,代码如下:

  1. private Object readObject0(boolean unshared) throws IOException {
  2. ...
  3. case TC_OBJECT:
  4. return checkResolve(readOrdinaryObject(unshared));
  5. ...
  6. }

我们看到 TC_OBJECTD 中判断,调用了 ObjectInputStream 的 readOrdinaryObject()方法,我们继续进入看源码:

  1. private Object readOrdinaryObject(boolean unshared)
  2. throws IOException
  3. {
  4. if (bin.readByte() != TC_OBJECT) {
  5. throw new InternalError();
  6. }
  7. ObjectStreamClass desc = readClassDesc(false);
  8. desc.checkDeserialize();
  9. Class<?> cl = desc.forClass();
  10. if (cl == String.class || cl == Class.class
  11. || cl == ObjectStreamClass.class) {
  12. throw new InvalidClassException("invalid class descriptor");
  13. }
  14. Object obj;
  15. try {
  16. obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null;
  17. } catch (Exception ex) {
  18. throw (IOException) new InvalidClassException(
  19. desc.forClass().getName(),
  20. "unable to create instance").initCause(ex);
  21. }
  22. ...
  23. return obj;
  24. }

发现调用了 ObjectStreamClass 的 isInstantiable()方法,而 isInstantiable()里面的代码如下:

  1. boolean isInstantiable() {
  2. requireInitialized();
  3. return (cons != null);
  4. }

代码非常简单,就是判断一下构造方法是否为空,构造方法不为空就返回 true。意味着,只要有无参构造方法就会实例化。这时候,其实还没有找到为什么加上 readResolve()方法就避免了单例被破坏的真正原因。我再回到ObjectInputStream 的 readOrdinaryObject()方法继续往下看:

  1. private Object readOrdinaryObject(boolean unshared)
  2. throws IOException
  3. {
  4. if (bin.readByte() != TC_OBJECT) {
  5. throw new InternalError();
  6. }
  7. ObjectStreamClass desc = readClassDesc(false);
  8. desc.checkDeserialize();
  9. Class<?> cl = desc.forClass();
  10. if (cl == String.class || cl == Class.class
  11. || cl == ObjectStreamClass.class) {
  12. throw new InvalidClassException("invalid class descriptor");
  13. }
  14. Object obj;
  15. try {
  16. obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null;
  17. } catch (Exception ex) {
  18. throw (IOException) new InvalidClassException(
  19. desc.forClass().getName(),
  20. "unable to create instance").initCause(ex);
  21. }
  22. ...
  23. if (obj != null &&
  24. handles.lookupException(passHandle) == null &&
  25. desc.hasReadResolveMethod())
  26. {
  27. Object rep = desc.invokeReadResolve(obj);
  28. if (unshared && rep.getClass().isArray()) {
  29. rep = cloneArray(rep);
  30. }
  31. if (rep != obj) {
  32. // Filter the replacement object
  33. if (rep != null) {
  34. if (rep.getClass().isArray()) {
  35. filterCheck(rep.getClass(), Array.getLength(rep));
  36. } else {
  37. filterCheck(rep.getClass(), -1);
  38. }
  39. }
  40. handles.setObject(passHandle, obj = rep);
  41. }
  42. }
  43. return obj;
  44. }

判断无参构造方法是否存在之后,又调用了 hasReadResolveMethod()方法,来看代码:

  1. boolean hasReadResolveMethod() {
  2. requireInitialized();
  3. return (readResolveMethod != null);
  4. }

逻辑非常简单,就是判断 readResolveMethod 是否为空,不为空就返回 true。那么readResolveMethod 是在哪里赋值的呢?通过全局查找找到了赋值代码在私有方法ObjectStreamClass()方法中给 readResolveMethod 进行赋值,来看代码:

  1. readResolveMethod = getInheritableMethod(
  2. cl, "readResolve", null, Object.class);

上面的逻辑其实就是通过反射找到一个无参的 readResolve()方法,并且保存下来。现在

再 回 到 ObjectInputStream的 readOrdinaryObject() 方 法 继 续 往 下 看 , 如 果

readResolve()存在则调用 invokeReadResolve()方法,来看代码:

  1. Object invokeReadResolve(Object obj)
  2. throws IOException, UnsupportedOperationException
  3. {
  4. requireInitialized();
  5. if (readResolveMethod != null) {
  6. try {
  7. return readResolveMethod.invoke(obj, (Object[]) null);
  8. } catch (InvocationTargetException ex) {
  9. Throwable th = ex.getTargetException();
  10. if (th instanceof ObjectStreamException) {
  11. throw (ObjectStreamException) th;
  12. } else {
  13. throwMiscException(th);
  14. throw new InternalError(th); // never reached
  15. }
  16. } catch (IllegalAccessException ex) {
  17. // should not occur, as access checks have been suppressed
  18. throw new InternalError(ex);
  19. }
  20. } else {
  21. throw new UnsupportedOperationException();
  22. }
  23. }

​​​​我们可以看到在invokeReadResolve()方法中用反射调用了readResolveMethod方法。通过 JDK 源码分析我们可以看出,虽然,增加 readResolve()方法返回实例,解决了单例被破坏的问题。但是,我们通过分析源码以及调试,我们可以看到实际上实例化了两次,只不过新创建的对象没有被返回而已。那如果,创建对象的动作发生频率增大,就意味着内存分配开销也就随之增大,难道真的就没办法从根本上解决问题吗?下面我们来注册式单例也许能帮助到你

NO.6 注册式单例

注册式单例又称为登记式单例,就是将每一个实例都登记到某一个地方,使用唯一的标识获取实例。注册式单例有两种写法:一种为容器缓存,一种为枚举登记。先来看枚举式单例的写法,来看代码,创建 EnumSingleton 类:

  1. public enum EnumSingleton {
  2. INSTANCE;
  3. private Object data;
  4. public Object getData() {
  5. return data;
  6. }
  7. public void setData(Object data) {
  8. this.data = data;
  9. }
  10. public static EnumSingleton getInstance(){
  11. return INSTANCE;
  12. }
  13. }

来看测试代码:

  1. public class EnumSingletonTest {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. try {
  4. EnumSingleton instance1 = null;
  5. EnumSingleton instance2 = EnumSingleton.getInstance();
  6. instance2.setData(new Object());
  7. FileOutputStream fos = new FileOutputStream("EnumSingleton.obj");
  8. ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
  9. oos.writeObject(instance2);
  10. oos.flush();
  11. oos.close();
  12. FileInputStream fis = new FileInputStream("EnumSingleton.obj");
  13. ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
  14. instance1 = (EnumSingleton) ois.readObject();
  15. ois.close();
  16. System.out.println(instance1.getData());
  17. System.out.println(instance2.getData());
  18. System.out.println(instance1.getData() == instance2.getData());
  19. }catch (Exception e){
  20. e.printStackTrace();
  21. }
  22. }
  23. }

运行结果:

教你java面试时如何聊单例模式

没有做任何处理,我们发现运行结果和我们预期的一样。那么枚举式单例如此神奇,的神秘之处在哪里体现呢?下面我们通过分析源码来揭开它的神秘面纱。下载一个非常好用的 Java 反编译工具 Jad(下载地址:https://varaneckas.com/jad/),解压后配置好环境变量(这里不做详细介绍),就可以使用命令行调用了。找到工程所在的 class 目录,复制 EnumSingleton.class 所在的路径,如下图:

教你java面试时如何聊单例模式

然后切回到命令行,切换到工程所在的 Class 目录,输入命令 jad 后面输入复制好的路径,我们会在 Class 目录下会多一个 EnumSingleton.jad 文件。打开 EnumSingleton.jad文件我们惊奇又巧妙地发现有如下代码:

  1. static
  2. {
  3. INSTANCE = new EnumSingleton("INSTANCE", 0);
  4. $VALUES = (new EnumSingleton[] {
  5. INSTANCE
  6. });
  7. }

原来,枚举式单例在静态代码块中就给 INSTANCE 进行了赋值,是饿汉式单例的实现。至此,我们还可以试想,序列化我们能否破坏枚举式单例呢?我们不妨再来看一下 JDK源码,还是回到 ObjectInputStream 的 readObject0()方法:

  1. private Object readObject0(boolean unshared) throws IOException {
  2. ...
  3. case TC_ENUM:
  4. return checkResolve(readEnum(unshared));
  5. ...
  6. }

我们看到在 readObject0()中调用了 readEnum()方法,来看 readEnum()中代码实现:

  1. private Enum<?> readEnum(boolean unshared) throws IOException {
  2. if (bin.readByte() != TC_ENUM) {
  3. throw new InternalError();
  4. }
  5. ObjectStreamClass desc = readClassDesc(false);
  6. if (!desc.isEnum()) {
  7. throw new InvalidClassException("non-enum class: " + desc);
  8. }
  9. int enumHandle = handles.assign(unshared ? unsharedMarker : null);
  10. ClassNotFoundException resolveEx = desc.getResolveException();
  11. if (resolveEx != null) {
  12. handles.markException(enumHandle, resolveEx);
  13. }
  14. String name = readString(false);
  15. Enum<?> result = null;
  16. Class<?> cl = desc.forClass();
  17. if (cl != null) {
  18. try {
  19. @SuppressWarnings("unchecked")
  20. Enum<?> en = Enum.valueOf((Class)cl, name);
  21. result = en;
  22. } catch (IllegalArgumentException ex) {
  23. throw (IOException) new InvalidObjectException(
  24. "enum constant " + name + " does not exist in " +
  25. cl).initCause(ex);
  26. }
  27. if (!unshared) {
  28. handles.setObject(enumHandle, result);
  29. }
  30. }
  31. handles.finish(enumHandle);
  32. passHandle = enumHandle;
  33. return result;
  34. }

我们发现枚举类型其实通过类名和 Class 对象类找到一个唯一的枚举对象。因此,枚举对象不可能被类加载器加载多次。那么反射是否能破坏枚举式单例呢?来看一段测 试代码:

  1. public static void main(String[] args) {
  2. try {
  3. Class clazz = EnumSingleton.class;
  4. Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor();
  5. c.newInstance();
  6. }catch (Exception e){
  7. e.printStackTrace();
  8. }
  9. }

运行结果:

教你java面试时如何聊单例模式

报的是 java.lang.NoSuchMethodException 异常,意思是没找到无参的构造方法。这时候,我们打开 java.lang.Enum 的源码代码,查看它的构造方法,只有一个 protected的构造方法,代码如下:

  1. protected Enum(String name, int ordinal) {
  2. this.name = name;
  3. this.ordinal = ordinal;
  4. }

那我们再来做一个这样的测试:

  1. public static void main(String[] args) {
  2. try {
  3. Class clazz = EnumSingleton.class;
  4. Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);
  5. c.setAccessible(true);
  6. EnumSingleton enumSingleton = (EnumSingleton)c.newInstance("Tom",666);
  7. }catch (Exception e){
  8. e.printStackTrace();
  9. }
  10. }

运行结果:

教你java面试时如何聊单例模式

这时错误已经非常明显了,告诉我们 Cannot reflectively create enum objects,不能用反射来创建枚举类型。还是习惯性地想来看看 JDK 源码,进入 Constructor 的newInstance()方法:

  1. public T newInstance(Object ... initargs)
  2. throws InstantiationException, IllegalAccessException,
  3. IllegalArgumentException, InvocationTargetException
  4. {
  5. if (!override) {
  6. if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {
  7. Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
  8. checkAccess(caller, clazz, null, modifiers);
  9. }
  10. }
  11. if ((clazz.getModifiers() & Modifier.ENUM) != 0)
  12. throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");
  13. ConstructorAccessor ca = constructorAccessor; // read volatile
  14. if (ca == null) {
  15. ca = acquireConstructorAccessor();
  16. }
  17. @SuppressWarnings("unchecked")
  18. T inst = (T) ca.newInstance(initargs);
  19. return inst;
  20. }

在 newInstance()方法中做了强制性的判断,如果修饰符是 Modifier.ENUM 枚举类型,直接抛出异常。到这为止,我们是不是已经非常清晰明了呢?枚举式单例也是《EffectiveJava》书中推荐的一种单例实现写法。在 JDK 枚举的语法特殊性,以及反射也为枚举保驾护航,让枚举式单例成为一种比较优雅的实现。

接下来看注册式单例还有另一种写法,容器缓存的写法,创建 ContainerSingleton 类:

  1. public class ContainerSingleton {
  2. private ContainerSingleton(){}
  3. private static Map<String,Object> ioc = new ConcurrentHashMap<String,Object>();
  4. public static Object getBean(String className){
  5. synchronized (ioc) {
  6. if (!ioc.containsKey(className)) {
  7. Object obj = null;
  8. try {
  9. obj = Class.forName(className).newInstance();
  10. ioc.put(className, obj);
  11. } catch (Exception e) {
  12. e.printStackTrace();
  13. }
  14. return obj;
  15. } else {
  16. return ioc.get(className);
  17. }
  18. }
  19. }
  20. }

容器式写法适用于创建实例非常多的情况,便于管理。但是,是非线程安全的。到此,注册式单例介绍完毕。我们还可以来看看 Spring 中的容器式单例的实现代码:

  1. public abstract class AbstractAutowireCapableBeanFactory extends AbstractBeanFactory
  2. implements AutowireCapableBeanFactory {
  3. /** Cache of unfinished FactoryBean instances: FactoryBean name --> BeanWrapper */
  4. private final Map<String, BeanWrapper> factoryBeanInstanceCache = new ConcurrentHashMap<>(16);
  5. ...
  6. }

NO.7 ThreadLocal 线程单例

最后给大家赠送一个彩蛋,讲讲线程单例实现 ThreadLocal。ThreadLocal 不能保证其创建的对象是全局唯一,但是能保证在单个线程中是唯一的,天生的线程安全。下面我们来看代码:

  1. public class ThreadLocalSingleton {
  2. private static final ThreadLocal<ThreadLocalSingleton> threadLocalInstance =
  3. new ThreadLocal<ThreadLocalSingleton>(){
  4. @Override
  5. protected ThreadLocalSingleton initialValue() {
  6. return new ThreadLocalSingleton();
  7. }
  8. };
  9. private ThreadLocalSingleton(){}
  10. public static ThreadLocalSingleton getInstance(){
  11. return threadLocalInstance.get();
  12. }
  13. }

写一下测试代码:

  1. public static void main(String[] args) {
  2. System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
  3. System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
  4. System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
  5. System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
  6. System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
  7. Thread t1 = new Thread(new ExectorThread());
  8. Thread t2 = new Thread(new ExectorThread());
  9. t1.start();
  10. t2.start();
  11. System.out.println("End");
  12. }

运行结果:

教你java面试时如何聊单例模式

我们发现,在主线程 main 中无论调用多少次,获取到的实例都是同一个,都在两个子线程中分别获取到了不同的实例。那么 ThreadLocal 是如果实现这样的效果的呢?我们知道上面的单例模式为了达到线程安全的目的,给方法上锁,以时间换空间。ThreadLocal将所有的对象全部放在 ThreadLocalMap 中,为每个线程都提供一个对象,实际上是以空间换时间来实现线程间隔离的。

​​​​​​​

总结

单例模式可以保证内存里只有一个实例,减少了内存开销;可以避免对资源的多重占用。单例模式看起来非常简单,实现起来其实也非常简单。但是在面试中却是一个高频面试题。希望小伙伴们通过本章的学习,可以对您有所帮助,希望您可以多多关注我们的更多内容!

原文链接:https://blog.csdn.net/Andrew_Chenwq/article/details/117934191

延伸 · 阅读

精彩推荐