设计模式之单例模式详解和应用

叁歲伎倆 2024-03-27 17:11 73阅读 0赞

#### 目录 ####

*  1 单例模式的应用场景介绍
 *  2 饿汉式单例模式
 *   *  2.1 静态方法获得私有成员对象
     *  2.2 利用静态代码块与类同时加载的特性生成单例对象
     *  2.3 优缺点
 *  3 懒汉式单例模式
 *   *  2.1 加锁
     *  2.2 双重检查锁
     *  2.3 静态内部类
 *  4 反射破坏单例
 *  5 序列化破坏单例（扩展知识）
 *  6 注册式单例模式
 *   *  6.1 枚举式单例模式
     *  6.2 容器式单例
 *  7 线程单例实现ThreadLocal
 *  8 AbstractFactoryBean源码
 *  9 单例模式小结

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## 1 单例模式的应用场景介绍 ##

1、听说过单例模式，但不知道如何应用的人群。  
2、单例模式是非常经典的高频面试题，希望通过面试单例彰显技术深度，顺利拿到Offer的人群。

单例模式（SingletonPattern）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 。 J2EE 标 准 中 的 **ServletContext** 、 **ServletContextConfig** 等 、 Spring 框 架 应 用 中 的 **ApplicationContext**、数据库的连接池**BDPool**等也都是单例形式。

## 2 饿汉式单例模式 ##

### 2.1 静态方法获得私有成员对象 ###

/**
      * 优点：执行效率高，性能高，没有任何的锁
      * 缺点：某些情况下，可能会造成内存浪费
      */
     public class HungrySingleton {
        
         //先静态、后动态 
         //先属性、后方法 
         //先上后下
         private static final HungrySingleton hungrySingleton = new HungrySingleton();
         private HungrySingleton(){
        }
         public static HungrySingleton getInstance(){
        
             return  hungrySingleton;
         }
     }

### 2.2 利用静态代码块与类同时加载的特性生成单例对象 ###

//饿汉式静态块单例模式
     public class HungryStaticSingleton {
        
         //先静态后动态
         //先上，后下
         //先属性后方法
         private static final HungryStaticSingleton hungrySingleton;
    
         static {
        
             hungrySingleton = new HungryStaticSingleton();
         }
         private HungryStaticSingleton(){
        }
         public static HungryStaticSingleton getInstance(){
        
             return  hungrySingleton;
         }
     }

类结构图  
![在这里插入图片描述][3a8a0c9f2b104dac8077d1cc9a6624c9.png]

### 2.3 优缺点 ###

优点：没有加任何锁、执行效率比较高，用户体验比懒汉式单例模式更好。  
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”。

## 3 懒汉式单例模式 ##

特点  
懒汉式单例模式的特点是：被外部类调用的时候内部类才会加载。

### 2.1 加锁 ###

/**
      * 优点：节省了内存,线程安全
      * 缺点：性能低
      */
     //懒汉式单例模式在外部需要使用的时候才进行实例化
     public class LazySimpleSingletion {
        
         private static LazySimpleSingletion instance;
         //静态块，公共内存区域 
         private LazySimpleSingletion(){
        }
         public synchronized static LazySimpleSingletion getInstance(){
        
             if(instance == null){
        
                 instance = new LazySimpleSingletion();
             }
             return instance;
         }
     }
     public class ExectorThread implements Runnable {
        
         public void run() {
        
             LazySimpleSingletion instance = LazySimpleSingletion.getInstance();
             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + instance);
         }
     }
     public class LazySimpleSingletonTest {
        
         public static void main(String[] args) {
        
             Thread t1 = new Thread(new ExectorThread());
             Thread t2 = new Thread(new ExectorThread());
             t1.start();
             t2.start();
             System.out.println("End");
         }
     }

给getInstance()加上synchronized关键字，使这个方法变成线程同步方法：  
当执行其中一个线程并调用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 才恢复到RUNNING状态继续调用getInstance()方法

用 synchronized加锁时，在线程数量比较多的情况下，如果CPU分配压力上升，则会导致大批线程阻塞， 从而导致程序性能大幅下降。那么，有没有一种更好的方式，既能兼顾线程安全又能提升程序性能呢？ 答案是肯定的。我们来看双重检查锁的单例模式：

### 2.2 双重检查锁 ###

/**
      * 优点:性能高了，线程安全了
      * 缺点：可读性难度加大，不够优雅
      */
     public class LazyDoubleCheckSingleton {
        
         // volatile解决指令重排序
         private volatile static LazyDoubleCheckSingleton instance;
         private LazyDoubleCheckSingleton() {
        
         }
         public static LazyDoubleCheckSingleton getInstance() {
        
             //检查是否要阻塞，第一个instance == null是为了创建后不再走synchronized代码，提高效率。可以理解是个开关。创建后这个开关就关上，后面的代码就不用执行了。
             if (instance == null) {
        
                 synchronized (LazyDoubleCheckSingleton.class) {
        
                     //检查是否要重新创建实例
                     if (instance == null) {
        
                         instance = new LazyDoubleCheckSingleton();
                         //指令重排序的问题
                         //1.分配内存给这个对象 
                         //2.初始化对象
                         //3.设置 lazy 指向刚分配的内存地址
                     }
                 }
             }
             return instance;
         }
     }
     public class ExectorThread implements Runnable {
        
         public void run() {
        
             LazyDoubleCheckSingleton instance = LazyDoubleCheckSingleton.getInstance();
             System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + instance);
         }
     }
     public class LazySimpleSingletonTest {
        
         public static void main(String[] args) {
        
             Thread t1 = new Thread(new ExectorThread());
             Thread t2 = new Thread(new ExectorThread());
             t1.start();
             t2.start();
             System.out.println("End");
         }
     }

当第一个线程调用 getInstance()方法时，第二个线程也可以调用。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()方法内部的阻塞，只要逻辑不太复杂，对于 调用者而言感知不到。  
但是，用到 synchronized 关键字总归要上锁，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？当然有。我们可以从类初始化的角度来考虑，看下面的代码，采用静态内部类的方式：

### 2.3 静态内部类 ###

/*
       ClassPath : LazyStaticInnerClassSingleton.class
                   LazyStaticInnerClassSingleton$LazyHolder.class
        优点：写法优雅，利用了Java本身语法特点，性能高，避免了内存浪费,不能被反射破坏
        缺点：不优雅
      */
     //这种形式兼顾饿汉式单例模式的内存浪费问题和 synchronized 的性能问题 
     //完美地屏蔽了这两个缺点
     //自认为史上最牛的单例模式的实现方式 
     public class LazyStaticInnerClassSingleton {
        
         //使用 LazyInnerClassGeneral 的时候，默认会先初始化内部类 
         //如果没使用，则内部类是不加载的
         private LazyStaticInnerClassSingleton(){
        
             // if(LazyHolder.INSTANCE != null){
        
             //     throw new RuntimeException("不允许非法创建多个实例");
             // }
         }
         //每一个关键字都不是多余的，static 是为了使单例的空间共享，保证这个方法不会被重写、重载 
         private static LazyStaticInnerClassSingleton getInstance(){
        
             //在返回结果以前，一定会先加载内部类 
             return LazyHolder.INSTANCE;
         }
         //默认不加载 
         private static class LazyHolder{
        
    private static final LazyStaticInnerClassSingleton INSTANCE = new LazyStaticInnerClassSingleton();
         }
     }

这种方式兼顾了饿汉式单例模式的内存浪费问题和 synchronized 的性能问题。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。

内部类语法特性 ： 内部类用时才加载

## 4 反射破坏单例 ##

public class ReflectTest {
        
         public static void main(String[] args) {
        
             try {
        
                 //在很无聊的情况下，进行破坏 
                 Class<?> clazz = LazyStaticInnerClassSingleton.class;
                 //通过反射获取私有的构造方法
                 Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor(null);
                 //强制访问 
                 c.setAccessible(true);
                 //暴力初始化
                 Object instance1 = c.newInstance();
                 //调用了两次构造方法，相当于“new”了两次，犯了原则性错误 
                 Object instance2 = c.newInstance();
                 System.out.println(instance1);
                 System.out.println(instance2);
                 System.out.println(instance1 == instance2);
                 // Enum
             }catch (Exception e){
        
                 e.printStackTrace();
             }
         }
     }
     com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.lazy.LazyStaticInnerClassSingleton@64cee07
     com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.lazy.LazyStaticInnerClassSingleton@1761e840
     false

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 关键字，没有做任何处理。如 果我们使用反射来调用其构造方法，再调用 getInstance()方法，应该有两个不同的实例。现在来看一 段测试代码，以LazyInnerClassSingleton为例：  
显然，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。所以需要在私有构造方法添加异常：

private LazyStaticInnerClassSingleton(){
        
             if(LazyHolder.INSTANCE != null){
        
                 throw new RuntimeException("不允许非法创建多个实例");
             }
         }

## 5 序列化破坏单例（扩展知识） ##

一个单例对象创建好后，有时候需要将对象序列化然后写入磁盘，下次使用时再从磁盘中读取对象 并进行反序列化，将其转化为内存对象。反序列化后的对象会重新分配内存，即重新创建。如果序列化 的目标对象为单例对象，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：

//反序列化导致破坏单例模式 
     public class SeriableSingleton implements Serializable {
        
         //序列化
         //把内存中对象的状态转换为字节码的形式
         //把字节码通过IO输出流，写到磁盘上
         //永久保存下来，持久化
         //反序列化
         //将持久化的字节码内容，通过IO输入流读到内存中来
         //转化成一个Java对象
         // 饿汉式
         public  final static SeriableSingleton INSTANCE = new SeriableSingleton();
         private SeriableSingleton(){
        }
         public static SeriableSingleton getInstance(){
        
             return INSTANCE;
         }
         // private Object readResolve(){ return INSTANCE;}
     }
     public class SeriableSingletonTest {
        
         public static void main(String[] args) {
        
             SeriableSingleton s1 = null;
             SeriableSingleton s2 = SeriableSingleton.getInstance();
             FileOutputStream fos = null;
             try {
        
                 fos = new FileOutputStream("SeriableSingleton.obj");
                 ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
                 oos.writeObject(s2);
                 oos.flush();
                 oos.close();
                 FileInputStream fis = new FileInputStream("SeriableSingleton.obj");
                 ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
                 s1 = (SeriableSingleton)ois.readObject();
                 ois.close();
                 System.out.println(s1);
                 System.out.println(s2);
                 System.out.println(s1 == s2);
             } catch (Exception e) {
        
                 e.printStackTrace();
             }
         }
     }
     打印结果：
     com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.seriable.SeriableSingleton@68837a77
     com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.seriable.SeriableSingleton@4b6995df
     false

从运行结果可以看出，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 例模式的设计初衷。那么，我们如何保证在序列化的情况下也能够实现单例模式呢？其实很简单，只需 要增加readResolve()方法即可。  
再看运行结果，如下图所示。

com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.seriable.SeriableSingleton@4b6995df
     com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.seriable.SeriableSingleton@4b6995df
     true

大家一定会想：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的源码实现以了解清楚。我们进入ObjectInputStream类的readObject()方法， 代码如下：

public final Object readObject()
             throws IOException, ClassNotFoundException
         {
        
             if (enableOverride) {
        
                 return readObjectOverride();
             }
             // if nested read, passHandle contains handle of enclosing object
             int outerHandle = passHandle;
             try {
        
                 Object obj = readObject0(false);
                 handles.markDependency(outerHandle, passHandle);
                 ClassNotFoundException ex = handles.lookupException(passHandle);
                 if (ex != null) {
        
                     throw ex;
                 }
                 if (depth == 0) {
        
                     vlist.doCallbacks();
                 }
                 return obj;
             } finally {
        
                 passHandle = outerHandle;
                 if (closed && depth == 0) {
        
                     clear();
                 }
             }
         }

我们发现，在readObject()方法中又调用了重写的readObject0()方法。进入readObject0()方法， 代码如下：

private Object readObject0(boolean unshared) throws IOException {
        
         ...
         case TC_OBJECT:
             return checkResolve(readOrdinaryObject(unshared));
         ...
     }

我们看到TC\_OBJECT中调用了ObjectInputStream的readOrdinaryObject()方法，看源码：

我们发现调用了ObjectStreamClass的isInstantiable()方法，而isInstantiable()方法的代码如下：

boolean isInstantiable() {
        
             requireInitialized();
             return (cons != null);
         }

上述代码非常简单，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。这意味着只要 有无参构造方法就会实例化。  
这时候其实还没有找到加上 readResolve()方法就避免了单例模式被破坏的真正原因。再回到 ObjectInputStream的readOrdinaryObject()方法，继续往下看：

private Object readOrdinaryObject(boolean unshared)
             throws IOException
         {
        
             if (bin.readByte() != TC_OBJECT) {
        
                 throw new InternalError();
             }
             ObjectStreamClass desc = readClassDesc(false);
             desc.checkDeserialize();
             Class<?> cl = desc.forClass();
             if (cl == String.class || cl == Class.class
                     || cl == ObjectStreamClass.class) {
        
                 throw new InvalidClassException("invalid class descriptor");
             }
             Object obj;
             try {
        
                 obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null;
             } catch (Exception ex) {
        
                 throw (IOException) new InvalidClassException(
                     desc.forClass().getName(),
                     "unable to create instance").initCause(ex);
             }
             ...
             if (obj != null &&
                 handles.lookupException(passHandle) == null &&
                 desc.hasReadResolveMethod())
             {
        
                 Object rep = desc.invokeReadResolve(obj);
                 if (unshared && rep.getClass().isArray()) {
        
                     rep = cloneArray(rep);
                 }
                 if (rep != obj) {
        
                     // Filter the replacement object
                     if (rep != null) {
        
                         if (rep.getClass().isArray()) {
        
                             filterCheck(rep.getClass(), Array.getLength(rep));
                         } else {
        
                             filterCheck(rep.getClass(), -1);
                         }
                     }
                     handles.setObject(passHandle, obj = rep);
                 }
             }
             return obj;
         }

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：

boolean hasReadResolveMethod() {
        
             requireInitialized();
             return (readResolveMethod != null);
         }

上述代码逻辑非常简单，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？通过全局查找知道，在私有方法 ObjectStreamClass()中给 readResolveMethod进行了赋值，来看代码：

private final void requireInitialized() {
        
             if (!initialized)
                 throw new InternalError("Unexpected call when not initialized");
         }

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。现在回到 ObjectInputStream 的 readOrdinaryObject()方法继续往下看，如果 readResolve()方法存在则调用 invokeReadResolve()方法，来看代码：

Object invokeReadResolve(Object obj)
             throws IOException, UnsupportedOperationException
         {
        
             requireInitialized();
             if (readResolveMethod != null) {
        
                 try {
        
                     return readResolveMethod.invoke(obj, (Object[]) null);
                 } catch (InvocationTargetException ex) {
        
                     Throwable th = ex.getTargetException();
                     if (th instanceof ObjectStreamException) {
        
                         throw (ObjectStreamException) th;
                     } else {
        
                         throwMiscException(th);
                         throw new InternalError(th);  // never reached
                     }
                 } catch (IllegalAccessException ex) {
        
                     // should not occur, as access checks have been suppressed
                     throw new InternalError(ex);
                 }
             } else {
        
                 throw new UnsupportedOperationException();
             }
         }

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模式被破坏的 问题，但是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。如果创建对象的动作发生频率加快，就意味着内存分配开销也会随之增大，难道真的就没办法从根本上解决问题吗？下面讲的注册式单例也许能帮助到你。

> 为什么添加了 \*\*readResolve()\*\*方法就可以了?  
> ObjectInputStream源码中，读取文件时写死判断是否有readResolve()方法，有调用这个方法，没有则重新创建对象。

## 6 注册式单例模式 ##

**将每一个实例都缓存到统一的容器中，使用唯一表示获取实例。**  
注册式单例模式又称为登记式单例模式，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。注册式单例模式有两种：一种为**枚举式单例模式**，另一种为**容器式单例模式**。

### 6.1 枚举式单例模式 ###

先来看枚举式单例模式的写法，来看代码，创建EnumSingleton类：

public enum EnumSingleton {
        
         INSTANCE;
         private Object data;
         public Object getData() {
        
             return data;
         }
         public void setData(Object data) {
        
             this.data = data;
         }
         public static EnumSingleton getInstance(){
        return INSTANCE;}
     }

来看测试代码：

public class EnumSingletonTest {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            try {
        
                EnumSingleton instance1 = null;
                EnumSingleton instance2 = EnumSingleton.getInstance();
                instance2.setData(new Object());
                FileOutputStream fos = new FileOutputStream("EnumSingleton.obj");
                ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
                oos.writeObject(instance2);
                oos.flush();
                oos.close();
                FileInputStream fis = new FileInputStream("EnumSingleton.obj");
                ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
                instance1 = (EnumSingleton) ois.readObject();
                ois.close();
                System.out.println(instance1.getData());
                System.out.println(instance2.getData());
                System.out.println(instance1.getData() == instance2.getData());
            } catch (Exception e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
     java.lang.Object@2acf57e3
     java.lang.Object@2acf57e3
     true

没有做任何处理，我们发现运行结果和预期的一样。那么枚举式单例模式如此神奇，它的神秘之处 在哪里体现呢？下面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，如下图所示。  
然后切换到命令行，切换到工程所在的Class目录，输入命令 jad 并在后面输入复制好的路径，在 Class 目录下会多出一个 EnumSingleton.jad 文件。打开 EnumSingleton.jad 文件我们惊奇地发现有 如下代码：

static {
         
         INSTANCE = new EnumSingleton("INSTANCE", 0); 
         $VALUES = (new EnumSingleton[] {
         
             INSTANCE 
         }); 
     }

原来，枚举式单例模式在静态代码块中就给INSTANCE进行了赋值，是饿汉式单例模式的实现。至 此，我们还可以试想，序列化能否破坏枚举式单例模式呢？不妨再来看一下 JDK 源码，还是回到 ObjectInputStream的readObject0()方法：

private Object readObject0(boolean unshared) throws IOException {
        
             ...
             case TC_ENUM:
                 return checkResolve(readEnum(unshared));
             ...
         }

我们看到，在readObject0()中调用了readEnum()方法，来看readEnum()方法的代码实现：

private Enum<?> readEnum(boolean unshared) throws IOException {
        
             if (bin.readByte() != TC_ENUM) {
        
                 throw new InternalError();
             }
             ObjectStreamClass desc = readClassDesc(false);
             if (!desc.isEnum()) {
        
                 throw new InvalidClassException("non-enum class: " + desc);
             }
             int enumHandle = handles.assign(unshared ? unsharedMarker : null);
             ClassNotFoundException resolveEx = desc.getResolveException();
             if (resolveEx != null) {
        
                 handles.markException(enumHandle, resolveEx);
             }
             String name = readString(false);
             Enum<?> result = null;
             Class<?> cl = desc.forClass();
             if (cl != null) {
        
                 try {
        
                     @SuppressWarnings("unchecked")
                     Enum<?> en = Enum.valueOf((Class)cl, name);
                     result = en;
                 } catch (IllegalArgumentException ex) {
        
                     throw (IOException) new InvalidObjectException(
                         "enum constant " + name + " does not exist in " +
                         cl).initCause(ex);
                 }
                 if (!unshared) {
        
                     handles.setObject(enumHandle, result);
                 }
             }
             handles.finish(enumHandle);
             passHandle = enumHandle;
             return result;
         }

我们发现，枚举类型其实通过类名和类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模式呢？来看一段测试代码：

public static void main(String[] args) {
        
             try {
        
                 Class clazz = EnumSingleton.class;
                 Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor();
                 c.newInstance();
             } catch (Exception e) {
        
                 e.printStackTrace();
             }
         }

结果中报的是 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，查看它的构造方法，只有一个protected类型的构造方法，代码如 下：

protected Enum(String name, int ordinal) {
        
             this.name = name;
             this.ordinal = ordinal;
         }

我们再来做一个下面这样的测试：

public static void main(String[] args) {
        
             try {
        
                 Class clazz = EnumSingleton.class;
                 Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
                 c.setAccessible(true);
                 EnumSingleton enumSingleton = (EnumSingleton) c.newInstance("Tom", 666);
             } catch (Exception e) {
        
                 e.printStackTrace();
             }
         }

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

@CallerSensitive
         public T newInstance(Object ... initargs)
             throws InstantiationException, IllegalAccessException,
                    IllegalArgumentException, InvocationTargetException
         {
        
             if (!override) {
        
                 if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {
        
                     Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
                     checkAccess(caller, clazz, null, modifiers);
                 }
             }
             if ((clazz.getModifiers() & Modifier.ENUM) != 0)
                 throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");
             ConstructorAccessor ca = constructorAccessor;   // read volatile
             if (ca == null) {
        
                 ca = acquireConstructorAccessor();
             }
             @SuppressWarnings("unchecked")
             T inst = (T) ca.newInstance(initargs);
             return inst;
         }

从上述代码可以看到，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，则直接抛出异常。  
到此为止，我们是不是已经非常清晰明了呢？枚举式单例模式也是《EffectiveJava》书中推荐的一种单例模式实现写法。JDK枚举的语法特殊性及反射也为枚举保驾护航，让枚举式单例模式成为一种比 较优雅的实现。  
枚举源码

java.lang.Enum通过valueOf获得值

public static <T extends Enum<T>> T valueOf(Class<T> enumType,
                                                     String name) {
        
             T result = enumType.enumConstantDirectory().get(name);
             if (result != null)
                 return result;
             if (name == null)
                 throw new NullPointerException("Name is null");
             throw new IllegalArgumentException(
                 "No enum constant " + enumType.getCanonicalName() + "." + name);
         }
         Map<String, T> enumConstantDirectory() {
        
             if (enumConstantDirectory == null) {
        
                 T[] universe = getEnumConstantsShared();
                 if (universe == null)
                     throw new IllegalArgumentException(
                         getName() + " is not an enum type");
                 Map<String, T> m = new HashMap<>(2 * universe.length);
                 for (T constant : universe)
                     m.put(((Enum<?>)constant).name(), constant);
                 enumConstantDirectory = m;
             }
             return enumConstantDirectory;
         }
         private volatile transient Map<String, T> enumConstantDirectory = null;

**枚举模式的实例天然具有线程安全性，防止序列化与反射的特性。**

有点像饿汉式单例。创建时就将常量存放在map容器中。  
优点：写法优雅。加载时就创建对象。线程安全。  
缺点：不能大批量创建对象，否则会造成浪费。spring中不能使用它。  
结论：如果不是特别重的对象，建议使用枚举单例模式，它是JVM天然的单例。

### 6.2 容器式单例 ###

Spring改良枚举写出的改良方法：IOC容器  
接下来看注册式单例模式的另一种写法，即容器式单例模式，创建ContainerSingleton类：

public class ContainerSingleton {
        
         private ContainerSingleton(){
        }
         private static Map<String,Object> ioc = new ConcurrentHashMap<String, Object>();
         public static Object getInstance(String className){
        
             Object instance = null;
             if(!ioc.containsKey(className)){
        
                 try {
        
                     instance = Class.forName(className).newInstance();
                     ioc.put(className, instance);
                 }catch (Exception e){
        
                     e.printStackTrace();
                 }
                 return instance;
             }else{
        
                 return ioc.get(className);
             }
         }
     }

测试

public class ContainerSingletonTest {
        
         public static void main(String[] args) {
        
             Object instance1 = ContainerSingleton.getInstance("com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.test.Pojo");
             Object instance2 = ContainerSingleton.getInstance("com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.test.Pojo");
             System.out.println(instance1 == instance2);
         }
     }

结果

true

容器式单例模式适用于实例非常多的情况，便于管理。但它是非线程安全的。到此，注册式单例模式介绍完毕。我们再来看看Spring中的容器式单例模式的实现代码：

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

容器为啥不能被反射破坏？秩序的维护者，创造了一个生态

## 7 线程单例实现ThreadLocal ##

最后赠送给大家一个彩蛋，讲讲线程单例实现 ThreadLocal。ThreadLocal 不能保证其创建的对象 是全局唯一的，但是能保证在单个线程中是唯一的，天生是线程安全的。下面来看代码：

public class ThreadLocalSingleton {
        
         private static final ThreadLocal<ThreadLocalSingleton> threadLocaLInstance =
                 new ThreadLocal<ThreadLocalSingleton>(){
        
                     @Override
                     protected ThreadLocalSingleton initialValue() {
        
                         return new ThreadLocalSingleton();
                     }
                 };
         private ThreadLocalSingleton(){
        }
         public static ThreadLocalSingleton getInstance(){
        
             return threadLocaLInstance.get();
         }
     }

写一下测试代码：

public class ThreadLocalSingletonTest {
        
         public static void main(String[] args) {
        
             System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
             System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
             System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
             System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
             System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
             Thread t1 = new Thread(new ExectorThread());
             Thread t2 = new Thread(new ExectorThread());
             t1.start();
             t2.start();
             System.out.println("End");
         }
     }

运行结果如下图所示。

com.vip.pattern.singleton.threadlocal.ThreadLocalSingleton@1761e840
     com.vip.pattern.singleton.threadlocal.ThreadLocalSingleton@1761e840
     com.vip.pattern.singleton.threadlocal.ThreadLocalSingleton@1761e840
     com.vip.pattern.singleton.threadlocal.ThreadLocalSingleton@1761e840
     com.vip.pattern.singleton.threadlocal.ThreadLocalSingleton@1761e840
     End
     Thread-0:com.vip.pattern.singleton.lazy.LazyDoubleCheckSingleton@551f86f1
     Thread-1:com.vip.pattern.singleton.lazy.LazyDoubleCheckSingleton@551f86f1

我们发现，在主线程中无论调用多少次，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是如何实现这样的效果的呢？我们知道，单例模式为了达到线程安全 的目的，会给方法上锁，`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隔离的。`

**不是线程作为key，而是threadlocal本身。**

**ThreadLocal源码**

public T get() {
        
         Thread t = Thread.currentThread();
         ThreadLocalMap map = getMap(t);
         if (map != null) {
        
             ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
             if (e != null) {
        
                 @SuppressWarnings("unchecked")
                 T result = (T)e.value;
                 return result;
             }
         }
         return setInitialValue();
     }

## 8 AbstractFactoryBean源码 ##

AbstractFactoryBean

public final T getObject() throws Exception {
        
             if (isSingleton()) {
        
                 return (this.initialized ? this.singletonInstance : getEarlySingletonInstance());
             }
             else {
        
                 return createInstance();
             }
         }
         private T getEarlySingletonInstance() throws Exception {
        
             Class[] ifcs = getEarlySingletonInterfaces();
             if (ifcs == null) {
        
                 throw new FactoryBeanNotInitializedException(
                         getClass().getName() + " does not support circular references");
             }
             if (this.earlySingletonInstance == null) {
        
                 this.earlySingletonInstance = (T) Proxy.newProxyInstance(
                         this.beanClassLoader, ifcs, new EarlySingletonInvocationHandler());
             }
             return this.earlySingletonInstance;
         }

MyBatis的ErrorContext使用了ThreadLocal

public class ErrorContext {
        
       private static final ThreadLocal<ErrorContext> LOCAL = new ThreadLocal<>();
       private ErrorContext() {
        
       }
       public static ErrorContext instance() {
        
         ErrorContext context = LOCAL.get();
         if (context == null) {
        
           context = new ErrorContext();
           LOCAL.set(context);
         }
         return context;
       }
     }

## 9 单例模式小结 ##

**单例模式优点：**

1.  在内存中只有一个实例，减少了内存开销。
2.  可以避免资源的多重占用。
3.  设置全局访问点，严格控制访问。

**单例模式的缺点：**

1.  没有接口，扩展困难。
2.  如果要扩展单例对象，只有修改代码，没有其他途径。

**学习单例模式的知识重点总结**

1.  私有化构造器
2.  保证线程安全  
    单例模式可以保证内存里只有一个实例，减少了内存的开销，还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点。。

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