设计模式实战——开发中常用到的单例模式

本系列博客是自己在学习设计模式过程中收集整理的文章集合，其他文章参看设计模式传送门

单例模式简介

单例模式的目的是保证系统中只有类的一个实例对象，并且提供一个全局的入口点来获取并使用这个实例对象。

使用单例模式可以防止用户“胡乱”创建对象，耗费内存。而且有些对象从逻辑上来讲一个系统中只应该存在一个，比如说Runtime类，使用单例模式也能很好的保证这一点。

本文介绍几个我们平时开发过程中常用到的单例模式场景，来加深我们对单例模式的理解。

JDK中的单例模式

Runtime类封装了Java运行时的环境。每一个java程序实际上都是启动了一个JVM进程，那么每个JVM进程都是对应这一个Runtime实例，此实例是由JVM为其实例化的。每个 Java 应用程序都有一个 Runtime 类实例，使应用程序能够与其运行的环境相连接。

由于Java是单进程的，所以，在一个JVM中，Runtime的实例应该只有一个。所以应该使用单例来实现。

public class Runtime {      private static Runtime currentRuntime = new Runtime();        public static Runtime getRuntime() {          return currentRuntime;      }        private Runtime() {}  }

以上代码为JDK中Runtime类的部分实现，可以看到，这其实是饿汉式单例模式。在该类第一次被classloader加载的时候，这个实例就被创建出来了。

Spring中的单例模式

我们知道在Spring中默认注入的Bean都是单例，那么Spring中的单例是怎么生成的呢？我们来看下Spring生成Bean的代码。

  @Nullable  protected Object getSingleton(String beanName, boolean allowEarlyReference) {     Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName);     if (singletonObject == null && isSingletonCurrentlyInCreation(beanName)) {        synchronized (this.singletonObjects) {           singletonObject = this.earlySingletonObjects.get(beanName);           if (singletonObject == null && allowEarlyReference) {              ObjectFactory<?> singletonFactory = this.singletonFactories.get(beanName);              if (singletonFactory != null) {                 singletonObject = singletonFactory.getObject();                 this.earlySingletonObjects.put(beanName, singletonObject);                 this.singletonFactories.remove(beanName);              }           }        }     }     return singletonObject;  }

spring依赖注入时，使用了双重判断加锁的单例模式，首先从缓存MAP中获取bean实例，如果为null，对缓存map加锁，然后再从缓存中获取bean，如果继续为null，就创建一个bean。

Spring并没有使用私有构造方法来创建bean，而是通过singletonFactory.getObject()返回具体beanName对应的ObjectFactory来创建bean。实际上是调用了AbstractAutowireCapableBeanFactory的doCreateBean方法，返回了BeanWrapper包装并创建的bean实例。

MyBatis中的单例模式

1. ErrorContext

ErrorContext是用在每个线程范围内的单例，用于记录该线程的执行环境错误信息。

public class ErrorContext {      private static final String LINE_SEPARATOR = System.getProperty("line.separator","n");    private static final ThreadLocal<ErrorContext> LOCAL = new ThreadLocal<ErrorContext>();      private ErrorContext stored;    private String resource;    private String activity;    private String object;    private String message;    private String sql;    private Throwable cause;      private ErrorContext() {    }      public static ErrorContext instance() {      ErrorContext context = LOCAL.get();      if (context == null) {        context = new ErrorContext();        LOCAL.set(context);      }      return context;    }    }

构造函数是private修饰，具有一个static的局部instance变量和一个获取instance变量的方法，在获取实例的方法中，先判断是否为空如果是的话就先创建，然后返回构造好的对象。

只是这里有个有趣的地方是，LOCAL的静态实例变量使用了ThreadLocal修饰，也就是说它属于每个线程各自的数据，而在instance()方法中，先获取本线程的该实例，如果没有就创建该线程独有的ErrorContext。

也就是说ErrorContext是线程范围内的单例，而不是全局范围内（JVM内）的单例。

2. VFS

  public abstract class VFS {    private static final Log log = LogFactory.getLog(VFS.class);      /** The built-in implementations. */    public static final Class<?>[] IMPLEMENTATIONS = { JBoss6VFS.class, DefaultVFS.class };      /** The list to which implementations are added by {@link #addImplClass(Class)}. */    public static final List<Class<? extends VFS>> USER_IMPLEMENTATIONS = new ArrayList<Class<? extends VFS>>();      /** Singleton instance. */    private static VFS instance;      /**     * Get the singleton {@link VFS} instance. If no {@link VFS} implementation can be found for the     * current environment, then this method returns null.     */    @SuppressWarnings("unchecked")    public static VFS getInstance() {      if (instance != null) {        return instance;      }  }

VFS是MyBatis中提供的文件系统类，存在感比较低。但是我们看下这个类的源代码的话，的确是很标准的单例模式。

Log4j中的单例

Log4jLoggerFactory创建Logger时也是用的单例模式。代码如下：

  private static ConcurrentMap<String, Logger> log4jLoggers = new ConcurrentHashMap();        Log4jLoggerFactory() {      }        public static Logger getLogger(String name) {          Logger instance = (Logger)log4jLoggers.get(name);          if (instance != null) {              return instance;          } else {              Logger newInstance = new Logger(name);              Logger oldInstance = (Logger)log4jLoggers.putIfAbsent(name, newInstance);              return oldInstance == null ? newInstance : oldInstance;          }      }        public static Logger getLogger(String name, LoggerFactory loggerFactory) {          Logger instance = (Logger)log4jLoggers.get(name);          if (instance != null) {              return instance;          } else {              Logger newInstance = loggerFactory.makeNewLoggerInstance(name);              Logger oldInstance = (Logger)log4jLoggers.putIfAbsent(name, newInstance);              return oldInstance == null ? newInstance : oldInstance;          }      }

PS：有一个问题，不同的多个Logger向同一个文件中打日志时，是怎么保证高效并且线程安全的？？？

参考

  • https://my.oschina.net/u/1024107/blog/1836488

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