java 单例模式及运用

时间：2021-10-18 20:49:37

定义：

确保某一个类只有一个实例，而且自动实例化并向整个系统提供这个实例。

java 单例模式及运用

代码：

Singleton类称为单例类，通过使用private的构造函数确保了在一个应用中只产生一个实例，并且是自行实例化的。

/** 
 * 线程安全的单例模式 
 * 饿汉式单例 
 * @author Administrator 
 * 
 */  
public class Singleton {  

    private static final Singleton singleton = new Singleton();  

    // 限制产生多个对象  
    private Singleton() {  
    }  

    // 通过该方法获得实例对象  
    public static Singleton getSingleton() {  
        return singleton;  
    }  

    // 类中其他方法尽量是static  
    public static void doSomething() {  

    }  
}

单例模式的优点：

  1. 由于单例模式在内存中只有一个实例，减少了内存开支，特别是一个对象需要频繁地创建、销毁时，而且创建或销毁时性能又无法优化，单例模式的优势就非常明显了。

  2. 由于单例模式只生成一个实例，所以减少了系统的性能开销，当一个对象的产生需要比较多的资源时，如读取配置、产生其他依赖对象时，则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后用永久驻留内存的方式来解决。

  3. 单例模式可以避免对资源的多重占用，例如一个写文件动作，由于只有一个实例存在内存中，避免对同一个资源文件的同时写操作。

  4. 单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问，例如可以设计一个单例类，负责所有数据表的映射处理。


单例模式的缺点：

  1. 单例模式一般没有接口，扩展很困难，若要扩展，除了修改代码基本上没有第二种途径可以实现。

  2. 单例模式对测试是不利的。在并行开发环境中，如果单例模式没有完成，是不能进行测试的，没有接口也不能用mock的方式虚拟一个对象。

  3. 单例模式与单一职责原则有冲突。一个类应该只实现一个逻辑，而不关心它是否是单例的，是不是要单例取决于环境，单例模式把“要单例”和业务逻辑融合在一个类中。


单例模式的使用场景：

  1. 要求生成唯一序列号的环境；

  2. 在整个项目中需要一个共享访问点或共享数据，例如一个Web页面上的计数器，可以不用把每次刷新都记录到数据库中，使用单例模式保持计数器的值，并确保是线程安全的；

  3. 创建一个对象需要消耗的资源过多，如要访问IO和数据库等资源；

  4. 需要定义大量的静态常量和静态方法（如工具类）的环境，可以采用单例模式（当然，也可以直接声明为static的方式）。


单例模式的注意事项：

 1.  在高并发情况下，请注意单例模式的线程同步问题。

/** 
 * 懒汉式单例 
 * @author Administrator 
 * 
 */  
public class Singleton2 {  

    private static Singleton2 singleton = null;  

    // 限制产生多个对象  
    private Singleton2() {  
    }  

    // 通过该方法获得实例对象  
    public static Singleton2 getSingleton() {  
        synchronized (singleton) {  
            if (singleton == null) {  
                singleton = new Singleton2();  
            }  
        }  
        return singleton;  
    }  
}

如果不加synchronized进行控制，如果第一个线程A执行到singleton = new Singleton2()，但还没有获得对象，第二个线程B也在执行，执行到if (singleton == null)判断，那么线程B获得判断条件为真，于是继续运行下去，线程A和B都获得了对象，内存中就出现了两个对象。

建议使用饿汉式单例，那是线程安全的单例模式。


 2.  需要考虑对象的复制情况。在Java中，若实现Cloneable接口，并实现了clone方法，则可以直接通过对象复制方式创建一个新对象，对象复制是不用调用类的构造函数的。


 3.  注意JVM的垃圾回收机制，如果我们的一个单例对象在内存中长久不使用，JVM就认为这是一个垃圾对象，在CPU资源空闲的情况下该对象会被清理掉，下次再调用时就需要产生一个新对象。如果该对象作为有状态值的管理，则会出现状态恢复原状的情况，就会出现故障。

有两种方法可以解决该问题 

1、由容器管理单例的生命周期 

Java EE容器或者框架级容器（如Spring）可以让对象长久驻留内存。 

2、状态随时记录 

可以使用异步记录的方式，或者使用观察者模式，记录状态的变化，写入文件或写入数据库中，确保即使单例对象重新初始化也可以从资源环境获得销毁前的数据，避免应用数据丢失。

单例模式的扩展：

能产生固定数量实例的单例模式

/** 
 * 能产生固定数量实例的单例模式 
 * @author Administrator 
 * 
 */  
public class Singleton3 {  

    // 最多能产生的实例数  
    private static int maxNumOfSingleton = 2;  

    // 定义一个列表，容纳所有实例  
    private static ArrayList<Singleton3> singletonList = new ArrayList<Singleton3>();  

    // 产生所有对象  
    static {  
        for (int i = 0; i < maxNumOfSingleton; i++) {  
            singletonList.add(new Singleton3());  
        }  
    }  

    // 限制其他类生成对象  
    private Singleton3() {  
    }  

    // 随机获得一个实例  
    public static Singleton3 getInstance() {  
        Random random = new Random();  
        return singletonList.get(random.nextInt(maxNumOfSingleton));  
    }  

}

在SSH中的运用

1.hibernate 中

我们知道Session是由SessionFactory负责创建的，而SessionFactory的实现是线程安全的，采用前面提到的“饿汉模式”创建单例。多个并发的线程可以同时访问一个SessionFactory并从中获取Session实例，那么Session是否是线程安全的呢？很遗憾，答案是否定的。Session中包含了数据库操作相关的状态信息，那么说如果多个线程同时使用一个Session实例进行CRUD，就很有可能导致数据存取的混乱，你能够想像那些你根本不能预测执行顺序的线程对你的一条记录进行操作的情形吗？以上代码使用ThreadLocal模式的解决了这一问题。 只要借助上面的工具类获取Session实例，我们就可以实现线程范围内的Session共享，从而避免了线程中频繁的创建和销毁Session实例。当然，不要忘记在用完后关闭Session。 
ThreadLocal和线程同步机制相比有什么优势呢？ 
ThreadLocal和线程同步机制都是为了解决多线程中相同变量的访问冲突问题。在同步机制中，通过对象的锁机制保证同一时间只有一个线程访问变量。这时该变量是多个线程共享的，使用同步机制要求程序慎密地分析什么时候对变量进行读写，什么时候需要锁定某个对象，什么时候释放对象锁等繁杂的问题，程序设计和编写难度相对较大。而ThreadLocal则从另一个角度来解决多线程的并发访问。ThreadLocal会为每一个线程提供一个独立的变量副本，从而隔离了多个线程对数据的访问冲突。因为每一个线程都拥有自己的变量副本，从而也就没有必要对该变量进行同步了。ThreadLocal提供了线程安全的共享对象，在编写多线程代码时，可以把不安全的变量封装进ThreadLocal。 

由于ThreadLocal中可以持有任何类型的对象，低版本JDK所提供的get()返回的是Object对象，需要强制类型转换。但JDK 5.0通过泛型很好的解决了这个问题，在一定程度地简化ThreadLocal的使用。 
概括起来说，对于多线程资源共享的问题，同步机制采用了“以时间换空间”的方式，而ThreadLocal采用了“以空间换时间”的方式。前者仅提供一份变量，让不同的线程排队访问，而后者为每一个线程都提供了一份变量，因此可以同时访问而互不影响。 
ThreadLocal是解决线程安全问题一个很好的思路，它通过为每个线程提供一个独立的变量副本解决了变量并发访问的冲突问题。在很多情况下，ThreadLocal比直接使用synchronized同步机制解决线程安全问题更简单、更方便，且结果程序拥有更高的并发性。ThreadLocal在Spring中发挥着重要的作用，在管理request作用域的Bean、事务管理、任务调度、AOP等模块都出现了它们的身影，起着举足轻重的作用。 
不过在使用线程池的情况下，使用ThreadLocal应该慎重，因为线程池中的线程是可重用的。 
ThreadLocal的内容以后还要仔细学习一下。

2.spring中 

项目加载的时候bean（一个bean对应某个类）自动创建（初始化，建一个实例），而后是每次调用bean的时候是注入的（不是重新new。。所有整个系统都是这个实例，，而且是spring自动提供的） 


一：对于Spring中实现Singleton模式，是以IOC容器为单位（就是说在这个容器里面bean实现Singleton），换句话说，一个JVM可能有多个IOC容器，而在这个容器里实现了singleton bean， 
而Java中实现Singleton模式而言，只有一个JVM，jvm中某个class只有一个实例 
二： 
singleton模式中，singleton的class在整个JVM中只有一个instance， 
Spring的Bean，你可以一个class配置多个Bean，这个class就有了多个instance。 

这个singleton是指在spring容器中，这个Bean是单实例的，是线程共享的。所以要求这些类都是线程安全的。也就是说，不能出现修改Bean属性的方法，当然除了设值得那些setter。只要满足线程安全，这些bean都可以用singleton。而且我们在绝大多数使用上，也是这样用的，包括dao,service。 
Beanfactory是Spring初始以静态方式载入的,Spring的单例IOC是基于容器级的,所以这你都不用担心与考虑.

3.struts 

" Struts1 Action是单例模式并且必须是线程安全的，因为仅有Action的一个实例来处理所有的请求。单例策略限制了Struts1 Action能作的事，并且要在开发时特别小心。Action资源必须是线程安全的或同步的。 
" Struts2 Action对象为每一个请求产生一个实例，因此没有线程安全问题。（实际上，servlet容器给每个请求产生许多可丢弃的对象，并且不会导致性能和垃圾回收问题） 

Action执行的控制： 
" Struts1支持每一个模块有单独的Request Processors（生命周期），但是模块中的所有Action必须共享相同的生命周期。 
" Struts2支持通过拦截器堆栈（Interceptor Stacks）为每一个Action创建不同的生命周期。堆栈能够根据需要和不同的Action一起使用。

转载自： http://damon-zhang.iteye.com/blog/1913596

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