单例模式应用场景_三、单例模式详解

4.单例模式详解

4.1.课程目标

1、掌握单例模式的应用场景。

2、掌握IDEA环境下的多线程调试方式。

3、掌握保证线程安全的单例模式策略。

4、掌握反射暴力攻击单例解决方案及原理分析。

5、序列化破坏单例的原理及解决方案。

6、掌握常见的单例模式写法。

4.2.内容定位

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。

4.3.单例模式的应用场景

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。

4.4.饿汉式单例模式

方法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;}}

方法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;//装个Bstatic {hungrySingleton = new HungryStaticSingleton();}private HungryStaticSingleton(){}public static HungryStaticSingleton getInstance(){return  hungrySingleton;}}

类结构图

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”。

源码

Spring中IoC容器ApplicationContext本身就是典型的饿汉式单例模式

4.5.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。

方法1.加大锁

 /*** 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

线程切换调试

上图完美地展现了 synchronized 监视锁的运行状态，线程安全的问题解决了。但是，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：

方法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：

方法3.静态内部类

 /*ClassPath : LazyStaticInnerClassSingleton.classLazyStaticInnerClassSingleton$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。由于这种方式比较简单，我们就不带大家一步一步调试了。

内部类语法特性：内部类用时才加载

4.6.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@64cee07com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.lazy.LazyStaticInnerClassSingleton@1761e840false

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");}}

4.7.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@68837a77com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.seriable.SeriableSingleton@4b6995dffalse

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@4b6995dfcom.gupaoedu.vip.pattern.singleton.seriable.SeriableSingleton@4b6995dftrue

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 objectint 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：

     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);}...return obj;}

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 objectif (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 suppressedthrow 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。

4.8.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。

方法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@2acf57e3java.lang.Object@2acf57e3true

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();}}

运行结果如下图所示。

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();}}

运行结果如下图所示

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：

     @CallerSensitivepublic 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 volatileif (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。

方法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 AbstractBeanFactoryimplements 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

4.9.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>(){@Overrideprotected 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.gupaoedu.vip.pattern.singleton.threadlocal.ThreadLocalSingleton@1761e840com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.threadlocal.ThreadLocalSingleton@1761e840com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.threadlocal.ThreadLocalSingleton@1761e840com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.threadlocal.ThreadLocalSingleton@1761e840com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.threadlocal.ThreadLocalSingleton@1761e840EndThread-0:com.gupaoedu.vip.pattern.singleton.lazy.LazyDoubleCheckSingleton@551f86f1Thread-1:com.gupaoedu.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();}

5.0.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;}}

5.0.单例模式小结

单例模式优点：

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

单例模式的缺点：

没有接口，扩展困难。
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

私有化构造器
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。希望“小伙伴们” 通过本章的学习，对单例模式有了非常深刻的认识，在面试中彰显技术深度，提升核心竞争力，给面试加分，顺利拿到录取通知（Offer）。

5.1.作业

1、解决容器式单例的线程安全问题。

两种方法：双重检查锁，利用ConcurrentHashMap#putIfAbsent()方法的原子性。

 public class ContainerSingleton {private static Map<String, Object> ioc = new ConcurrentHashMap<String, Object>();private ContainerSingleton() {throw new RuntimeException("不可被实例化！");}// 方法一：双重检查锁public static Object getInstance(String className) {Object instance = null;if (!ioc.containsKey(className)) {synchronized (ContainerSingleton.class) {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);}}}return ioc.get(className);}// 方法二：利用ConcurrentHashMap#putIfAbsent()方法的原子性public static Object getInstance1(String className){Object instance = null;try {ioc.putIfAbsent(className, Class.forName(className).newInstance());}catch (Exception e){e.printStackTrace();}return ioc.get(className);}}