java单应用项目高可用方案 java单例设计模式讲解

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网猴儿 2024-04-11 12:12:26

文章标签 java单应用项目高可用方案单例模式 java 设计模式 spring 文章分类 Java 后端开发

单例模式简介

单例模式是设计模式中最简单的形式之一。这一模式的目的是使得类的一个对象成为系统中的唯一实例。要实现这一点，可以从客户端对其进行实例化开始。因此需要用一种只允许生成对象类的唯一实例的机制，“阻止”所有想要生成对象的访问。使用工厂方法来限制实例化过程。这个方法应该是静态方法（类方法），因为让类的实例去生成另一个唯一实例毫无意义。

单例模式存在的原因

一些对象的存在只需要唯一的一个，例如，缓存池和线程池。如果线程池存在多例的话，会导致资
源使用过量，缓存多个的话，会导致数据不一致

这种情况是否可以用 java 的静态变量达成共用一份？

用静态变量就依赖于程序员之间的互相沟通，并且，静态变量也有问题，总不能我新建一个静态变
量，就告诉所有人，再新建一个再告诉所有人，比较麻烦，还有一点，就是程序一开始，你就要创建好
这个对象，如果这个对象的创建时间非常长，并且创建完成后，很长时间没有用，救会造成很大的浪费

单例模式的实现方式

懒汉式—线程不安全：最基础的实现方式，线程上下文单例，不需要共享给所有线程，也不需要加synchronize之类的锁，以提高性能。
懒汉式—线程安全：加上synchronize之类保证线程安全的基础上的懒汉模式，相对性能很低，大部分时间并不需要同步
饿汉方式。指全局的单例实例在类装载时构建。
双检锁式。在懒汉式基础上利用synchronize关键字和volatile关键字确保第一次创建时没有线程间竞争而产生多个实例，仅第一次创建时同步，性能相对较高
枚举。java中枚举类本身也是一种单例模式

单例模式的优点

在内存中只有一个对象，节省内存空间
避免频繁的创建销毁对象，可以提高性能
避免对共享资源的多重占用，简化访问
为整个系统提供一个全局访问点

代码案例

饿汉式：

单线程单例模式立即创建（饿汉式）：创建类Hungry

public class Hungry {
    /**
     * 创建一个单例对象
     */
    private static Hungry hungry = new Hungry();

    /**
     * 不能让外界直接创建对象，所以设置私有构造器
     */
    private Hungry() {
    }

    /**
     * 单例对象的全局访问点
     * @return
     */
    public static Hungry getInstance() {
        return hungry;
    }
}

懒汉式

单线程单例模式延迟创建（懒汉式）：创建类Lazy

public class Lazy {
    /**
     * 创建单例对象
     */
    private static volatile Lazy lazy = null;

    /**
     * 不能让外界直接创建对象，所以设置私有构造
     */
    private Lazy() {

    }

    /**
     * 单例全局访问点
     *
     * @return
     */
    public static Lazy getInstance() {
        if (lazy == null) {
            lazy = new Lazy();
        }
    return lazy;
    }
}

多线程下测试两种模式存在哪些问题

先测试饿汉式，代码如下：

public class Demo2 extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        Hungry hungry = Hungry.getInstance();
        System.out.println(hungry);
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int x = 0; x < 10; x++) {
            Demo2 demo = new Demo2();
            demo.start();
        }
    }
}

看一下结果：饿汉式输出结果

com.ywt.springboot.demo.Hungry@671b8c4d
com.ywt.springboot.demo.Hungry@671b8c4d
com.ywt.springboot.demo.Hungry@671b8c4d
com.ywt.springboot.demo.Hungry@671b8c4d
com.ywt.springboot.demo.Hungry@671b8c4d
com.ywt.springboot.demo.Hungry@671b8c4d
com.ywt.springboot.demo.Hungry@671b8c4d
com.ywt.springboot.demo.Hungry@671b8c4d
com.ywt.springboot.demo.Hungry@671b8c4d
com.ywt.springboot.demo.Hungry@671b8c4d

输出的都是同一个对象，没有线程安全问题，但是不能延迟加载
测试懒汉式，修改 run 方法创建对象

@Override
    public void run() {
        Lazy lazy = Lazy.getInstance();
        System.out.println(lazy);
    }

运行测试：懒汉式输出结果

com.ywt.springboot.demo.Lazy@4985c093
com.ywt.springboot.demo.Lazy@4985c093
com.ywt.springboot.demo.Lazy@4985c093
com.ywt.springboot.demo.Lazy@4985c093
com.ywt.springboot.demo.Lazy@4985c093
com.ywt.springboot.demo.Lazy@279260e5
com.ywt.springboot.demo.Lazy@4985c093
com.ywt.springboot.demo.Lazy@2ea64cd8
com.ywt.springboot.demo.Lazy@279260e5
com.ywt.springboot.demo.Lazy@bc35b81

控制台输出了多个对象，可见，懒汉式存在线程安全问题

解决懒汉式线程安全问题

解决方式一：在方法上加上 synchronized，保证对临界资源的同步互斥访问

public synchronized static Lazy getInstance() {
        if (lazy == null) {
         	lazy = new Lazy();
        }
        return lazy;
    }

这种方式虽然解决了问题，但是当有线程在执行方法时，不管有没有创建对象，其他线程都会在外等候
里面的线程执行完毕，有没有一种方式可以解决这个问题，提高代码执行效率

解决方式二：在方法中创建对象部分设置同步块

public static Lazy getInstance() {
        if (lazy == null) {
            synchronized (Lazy.class) {
                if (lazy == null) {
                    lazy = new Lazy();
                }
            }
        }
        return lazy;
    }

代码分析：

当还没有创建对象的时候，如果被多个线程同时进入方法执行，比如线程 1，线程 2 进来执行方法，两个线程同时判断外层 if 时，都为
true ，都进入外层 if 执行，当走到同步块时，比如线程 1 进入同步块执行代码，线程 2 只能在外面等着，当线程 1
创建完对象执行完同步块后，线程 2 再进入同步块执行代码，在同步块中，线程 2 判断内层 if ，结果为 false
，不用再创建对象，再有别的线程来执行方法，就不会再一直等待前一个线程了，因为外层 if 已经永远为 false 。