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這篇文章主要介紹“java單例模式和線程安全問題怎么解決”的相關(guān)知識(shí),小編通過實(shí)際案例向大家展示操作過程,操作方法簡(jiǎn)單快捷,實(shí)用性強(qiáng),希望這篇“java單例模式和線程安全問題怎么解決”文章能幫助大家解決問題。
單例模式是指確保一個(gè)類僅有一個(gè)唯一的實(shí)例,并且提供了一個(gè)全局的訪問點(diǎn)。
分類: 懶漢式、餓漢式
為什么需要單例模式?
再某些特殊的情況下,存在一個(gè)類僅能用來產(chǎn)生一個(gè)唯一對(duì)象的必要性。例如:打印機(jī)室有許多打印機(jī),但是它的打印管理系統(tǒng)只有一個(gè)打印任務(wù)控制對(duì)象,該對(duì)象管理打印排隊(duì)并分配打印任務(wù)給各個(gè)打印機(jī)。單例模式正是為了解決這樣的需求而產(chǎn)生的。
實(shí)現(xiàn)思路:
為了防止客戶端利用構(gòu)造器創(chuàng)建多個(gè)對(duì)象,將構(gòu)造方法聲明為 private 類型。但這樣會(huì)使得這個(gè)類不可用,所以必須提供一個(gè)可以獲得實(shí)例的靜態(tài)方法,通常稱為 getInstance 方法, 該方法返回一個(gè)實(shí)例。這個(gè)方法必須是靜態(tài)的,因?yàn)殪o態(tài)方法是根據(jù)類名調(diào)用的,否則也是無法使用的。
類圖:懶漢式
類圖:餓漢式
先來看一個(gè)簡(jiǎn)單的例子:
測(cè)試單例類:Dog’
//懶漢式 public class Dog { private static Dog dog; private String name; private int age; //私有的構(gòu)造器 private Dog() {} public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public int getAge() { return age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } //靜態(tài)工廠方法 public static Dog getInstance() { if (dog == null) { dog = new Dog(); } return dog; } @Override public String toString() { return "Dog [name=" + name + ", age=" + age + "]"; } }
測(cè)試單例類:Cat
//餓漢式 public class Cat { private static Cat cat = new Cat(); private String name; private int age; //私有構(gòu)造器 private Cat() {} public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public int getAge() { return age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } //靜態(tài)工廠方法 public static Cat getInstance() { return cat; } @Override public String toString() { return "Cat [name=" + name + ", age=" + age + "]"; } }
測(cè)試類
import java.util.HashSet; import java.util.Set; public class Client { public static void main(String[] args) { //單線程模式測(cè)試 Dog dog1 = Dog.getInstance(); Dog dog2 = Dog.getInstance(); System.out.println("dog1 == dog2: "+(dog1 == dog2)); Cat cat1 = Cat.getInstance(); Cat cat2 = Cat.getInstance(); System.out.println("cat1 == cat2: "+(cat1 == cat2)); } }
運(yùn)行結(jié)果
創(chuàng)建區(qū)別
懶漢式是在第一次調(diào)用靜態(tài)方法 getInstance() 時(shí)創(chuàng)建單例對(duì)象。
餓漢式是在類加載時(shí)創(chuàng)建單例對(duì)象,即在聲明靜態(tài)單例對(duì)象時(shí)實(shí)例化單例類。
線程安全
懶漢式是線程不安全的,而餓漢式是線程安全的(下面會(huì)測(cè)試)。
資源占用
懶漢式是等到使用時(shí)才會(huì)創(chuàng)建,而餓漢式是在類加載時(shí)創(chuàng)建。所以懶漢式?jīng)]有餓漢式快,但是餓漢式比較占用資源,如果一直不使用,會(huì)很占據(jù)資源。
多線程類
import java.util.HashSet; import java.util.Set; public class DogThread extends Thread{ private Dog dog; private Set<Dog> set; public DogThread() { set = new HashSet<>(); } //這個(gè)方法是為了測(cè)試添加的。 public int getCount() { return set.size(); } @Override public void run() { dog = Dog.getInstance(); set.add(dog); } }
多線程測(cè)試類
import java.util.HashSet; import java.util.Set; public class Client { public static void main(String[] args) { //單線程模式測(cè)試 Dog dog1 = Dog.getInstance(); Dog dog2 = Dog.getInstance(); System.out.println("dog1 == dog2: "+(dog1 == dog2)); Cat cat1 = Cat.getInstance(); Cat cat2 = Cat.getInstance(); System.out.println("cat1 == cat2: "+(cat1 == cat2)); //多線程模式測(cè)試 DogThread dogThread = new DogThread(); Thread thread = null; for (int i = 0; i < 10; i++) { thread = new Thread(dogThread); thread.start(); } try { Thread.sleep(2000); //主線程等待子線程完成! } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("dog's number: "+dogThread.getCount()); } }
運(yùn)行結(jié)果
注意:多線程的結(jié)果是很難預(yù)測(cè)的,這里涉及線程的競(jìng)爭(zhēng),可能多次運(yùn)行結(jié)果是一樣的(多次一樣并不代表是絕對(duì)正確),但是只要多次測(cè)試,就能看到不一樣的結(jié)果。
說明
這里我使用一點(diǎn)集合的技巧,利用 Set 集合的特性,把每次產(chǎn)生的 dog 對(duì)象存入 Set集合中,最后只要調(diào)用集合的 size() 方法就行了??梢钥闯鰜懋a(chǎn)生了兩個(gè) dog 對(duì)象,這就是產(chǎn)生了錯(cuò)誤,這就是屬于編程錯(cuò)誤了。還要明白多線程下不一定會(huì)出錯(cuò),所以產(chǎn)生的 dog 對(duì)象小于線程數(shù)。
由于 餓漢式單例 是線程安全的,這里就不測(cè)試了,有興趣的可以測(cè)試一下。
解決懶漢式單例線程安全的方法:同步
注意:同步有很多種方法,也可以使用 Lock 進(jìn)行處理,同步是一種方法,不是特指 synchronzied 這個(gè)關(guān)鍵字,感興趣的人可以多探究一下。
并且同步的方法通常比較慢,性能方面也要權(quán)衡。
//靜態(tài)同步工廠方法 public synchronized static Dog getInstance() { if (dog == null) { dog = new Dog(); } return dog; }
這里補(bǔ)充一個(gè)多實(shí)例的模式,就是對(duì)象數(shù)量是固定數(shù)目的??梢钥闯鰡卫J降耐茝V。當(dāng)然了實(shí)現(xiàn)方式也有很多,大家可以嘗試以下,這里是我的方式。
多實(shí)例模式類
//固定數(shù)目實(shí)例模式 public class MultiInstance { //實(shí)例數(shù)量,這里為四個(gè) private final static int INSTANCE_COUNT = 4; private static int COUNT = 0; private static MultiInstance[] instance = new MultiInstance[4]; private MultiInstance() {}; public static MultiInstance getInstance() { //注意數(shù)組的下標(biāo)只能為 COUNT - 1 if (MultiInstance.COUNT <= MultiInstance.INSTANCE_COUNT - 1) { instance[MultiInstance.COUNT] = new MultiInstance(); MultiInstance.COUNT++; } //返回實(shí)例前,執(zhí)行了 COUNT++ 操作,所以 應(yīng)該返回上一個(gè)實(shí)例 return MultiInstance.instance[MultiInstance.COUNT-1]; } }
測(cè)試類
import java.util.HashSet; import java.util.Set; public class Test { public static void main(String[] args) { System.out.println("------------------------"); testMultiInstance(); } //測(cè)試多實(shí)例模式(單例的擴(kuò)展,固定數(shù)目實(shí)例) public static void testMultiInstance() { Set<MultiInstance> instanceSet = new HashSet<>(); MultiInstance instance = null; for (int i = 0; i < 10; i++) { instance = MultiInstance.getInstance(); instanceSet.add(instance); } System.out.println("8個(gè)實(shí)例中,不同的實(shí)例有:"+instanceSet.size()); } }
運(yùn)行結(jié)果
注意:如果在多線程環(huán)境下使用,也是要考慮線程安全的。感興趣的可以自己實(shí)現(xiàn)一下。
單例模式一定是安全的嗎?
不一定,有很多方法可以破壞單例模式!
這里舉例看一看(我只能舉我知道的哈!其他的感興趣,可以去探究一下?。?br/>使用反射:這種辦法是非常有用的,通過反射即使是私有的屬性和方法也可以訪問了,因此反射破壞了類的封裝性,所以使用反射還是要多多小心。但是反射也有許多其他的用途,這是一項(xiàng)非常有趣的技術(shù)(我也只是會(huì)一點(diǎn)點(diǎn))。
使用反射破壞單例模式測(cè)試類
這里使用的還是前面的 Dog 實(shí)體類。注意我這里的**包名:**com。
所有的類都是在 com包 下面的。
import java.lang.reflect.Constructor; import java.lang.reflect.InvocationTargetException; public class Client { public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, SecurityException, InstantiationException, IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException { Class<?> clazz = Class.forName("com.Dog"); Constructor<?> con = clazz.getDeclaredConstructor(); //設(shè)置可訪問權(quán)限 con.setAccessible(true); Dog dog1 = (Dog) con.newInstance(); Dog dog2 = (Dog) con.newInstance(); System.out.println(dog1 == dog2); } }
說明:反射的功能是很強(qiáng)大的,從這里既可以看出來,正是有了反射,才使得Java 語言具有了更多的特色,這也是Java的強(qiáng)大之處。
使用對(duì)象序列化破壞單例模式
測(cè)試實(shí)體類:Dog(增加一個(gè)對(duì)象序列化接口實(shí)現(xiàn))
import java.io.Serializable; //懶漢式 public class Dog implements Serializable{ private static final long serialVersionUID = 1L; private static Dog dog; private String name; private int age; //私有的構(gòu)造器 private Dog() {} public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public int getAge() { return age; } public void setAge(int age) { this.age = age; } //靜態(tài)工廠方法 public synchronized static Dog getInstance() { if (dog == null) { dog = new Dog(); } return dog; } @Override public String toString() { return "Dog [name=" + name + ", age=" + age + "]"; } }
對(duì)象序列化測(cè)試類
import java.io.ByteArrayInputStream; import java.io.ByteArrayOutputStream; import java.io.IOException; import java.io.ObjectInputStream; import java.io.ObjectOutputStream; public class Client { public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException { Dog dog1 = Dog.getInstance(); dog1.setName("小黑"); dog1.setAge(2); System.out.println(dog1.toString()); ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream(); ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(bos); oos.writeObject(dog1); ByteArrayInputStream bis = new ByteArrayInputStream(bos.toByteArray()); ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(bis); Dog dog2 = (Dog) ois.readObject(); System.out.println(dog2.toString()); System.out.println("dog1 == dog2: "+(dog1 == dog2)); } }
運(yùn)行結(jié)果
說明
這里可以看出來通過對(duì)象序列化(這里也可以說是對(duì)象的深拷貝或深克隆),
同樣也可以實(shí)現(xiàn)類的實(shí)例的不唯一性。這同樣也算是破壞了類的封裝性。對(duì)象序列化和反序列化的過程中,對(duì)象的唯一性變了。
這里具體的原因很復(fù)雜,我最近看了點(diǎn)深拷貝的知識(shí),所以只是知其然不知其之所以然。(所以學(xué)習(xí)是需要不斷進(jìn)行的!加油諸位。)
這里我貼一下別的經(jīng)驗(yàn)吧:(感興趣的可以實(shí)現(xiàn)一下?。?/p>
為什么序列化可以破壞單例了?
答:序列化會(huì)通過反射調(diào)用無參數(shù)的構(gòu)造方法創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象。
這個(gè)東西目前超出了我的能力范圍了,但也是去查看源碼得出來的,就是序列化(serializable)和反序列化(externalizable)接口的詳細(xì)情況了。但是有一點(diǎn),它也是通過反射來做的的,所以可以看出**反射(reflect)**是一種非常強(qiáng)大和危險(xiǎn)的技術(shù)了。
關(guān)于“java單例模式和線程安全問題怎么解決”的內(nèi)容就介紹到這里了,感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識(shí),可以關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道,小編每天都會(huì)為大家更新不同的知識(shí)點(diǎn)。
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