源码中的设计模式–单例模式

一、模式入场

单例模式在众多的设计模式中应该是最简单的一个,但是要掌握的点也不少。先看下《head first 设计模式》中给出的释义,

单件模式 确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。

 下面对这个释义进行逐字解释。单件可以称之为单例其实是一个意思。这个释义给出了单例模式中重要的两点,

  1. 一个类只有一个实例;
  2. 提供一个全局的访问点;

先说第一条,一个类只有一个实例,在一个系统中会有很多类,如下面的订单类Order

public class Order {

private String orderId;
private BigDecimal orderAmount;
private String orderPerson;
}

那么现在就有一个问题,如何保证一个类只有一个实例,最先想到的是强制要求这个系统中的所有开发人员,在开发的时候只能实例一次,一个人实例化了,另一个人就不能实例化,这是一个办法,但是却不可行,因为我要实例化这个类的时候总不能先问下其他人,你们实例化过没有,只有其他人没有实例化的前提下你才可以实例化,而且你还要告知其他人以后谁都不能再实例化Order了,这样是不是太傻了,并且效率也太低了,纯靠人为约定肯定是行不通了。有没有其他的方法呐,答案是有的。

大家都知道,通常情况下实例化一个类,最简单的方式就是new一个,谁说我没有女朋友,new一个啊。现在我们也new一个Order,但是我们发现任何一个人都可以new,这怎么能保证只有一个实例,那么我把它的构造方法设为私有的,这样你们都不能new了吧,能new的只有一个拉,也就是在Order的内部可以new,这就可以保证一个类只有一个实例了,因为只有在类的内部才可以调用其私有的构造方法,其他地方想调用“对不起,您没有访问权限”。

好了上面通过把类的构造方法设为私有的,保证了一个类只有一个实例,那么如何才能访问到这个实例呐,假设现在的代码是这样的,

public class Order {
    private String orderId;
    private BigDecimal orderAmount;
    private String orderPerson;

    /**
     * 私有的构造方法
     */
    private Order(){
        
    }

    /**
     * 通过私有构造方法生成的唯一实例
     */
    Order order=new Order();
}

我们现在就要访问到通过私有构造方法生成的实例order,怎么才能访问到呐?提供一个静态方法,静态方法是类级别的,不依赖于实例,可以通过类名.静态方法名的方式访问,如下

public class Order {
    private String orderId;
    private BigDecimal orderAmount;
    private String orderPerson;

    /**
     * 私有的构造方法
     */
    private Order(){

    }

    /**
     * 通过私有构造方法生成的唯一实例
     */
    private static Order order=new Order();

    /**
     * 全局访问点,静态方法
     * @return
     */
    public static Order getInstance(){
        return order;
    }
}

通过提供一个静态方法,由静态方法返回该唯一实例,由于静态方法中要引用order实例,所以该实例也必须是静态的,静态方法是公共的,那么order也应设为私有的,这样就提供了一个全局的访问点,任何地方想使用这个唯一实例调用该静态方法即可。

 好了,到目前为止你已经掌握了一些单例模式的方法。

二、深入单例模式

一般情况下,单例模式分为懒汉和饿汉两种模式,这两种模式很容易记混,我这里有一个好的记忆方式,下面会提到。

上面的演示中其实就是饿汉模式,下面看懒汉模式,

public class Singleton {
    
    private static Singleton singleton;

    /**
     * 全局访问点,提供singleton实例的唯一访问
     * @return
     */
    public static Singleton getInstance(){
        if(singleton==null){
            singleton=new Singleton();
        }
        return singleton;
    }

    /**
     * 唯一的私有构造函数,提供唯一的实例
     */
    private Singleton(){
        
    }
    
}

上面便是懒汉模式。

对比饿汉模式和懒汉模式,可以发现其区别在于什么时机调用私有的构造方法生成实例,区分方式是,懒汉模式只有在调用全局访问点的时候才会生成实例,而饿汉模式则在类加载的时候便会生成实例,所以根据生成实例的时机去区分饿汉和懒汉就容易的多了。

这里想留几个思考问题,

  1. 上面的懒汉模式有问题吗?
  2. 生成实例的方式除了new还有其他方式吗?

三、追寻源码

 在这个模块中想通过源码来学习下单例模式,让大家看看优秀的人是怎么使用单例模式的。

1、ErrorContext

在经常使用的mybatis的源码中有ErrorContext这样的一个类,下面贴出ErrorContext中的部分代码

package org.apache.ibatis.executor;

/**
 * @author Clinton Begin
 */
public class ErrorContext {

  private static final String LINE_SEPARATOR = System.getProperty("line.separator","\n");
  private static final ThreadLocal<ErrorContext> LOCAL = new ThreadLocal<>();

  private ErrorContext stored;
  private String resource;
  private String activity;
  private String object;
  private String message;
  private String sql;
  private Throwable cause;

//私有构造方法
private ErrorContext() { } //全局访问点 public static ErrorContext instance() { ErrorContext context = LOCAL.get(); if (context == null) { context = new ErrorContext(); LOCAL.set(context); } return context; } }

在上面的代码中,ErrorContext有私有的构造方法,同时具有instance()方法提供全局唯一访问点,而且从方法我们知道这应该是一个懒汉模式。

再看下instance()方法,细心的小伙伴会说,这个不是全局唯一访问点,这是从Local变量中取的ErrorContext对象,而Local是ThreadLocal级别的,不是整个系统只有一份啊,这里我要说,大家不必局限于字眼,我们也可以把ThreadLocal看成是一个系统啊,它毕竟是属于线程级别的啊,要真正掌握的是单例的本质,可以仔细体会下。

2、LogFactory

同样是在mybatis的源码中有LogFactory类,局部代码如下,

public final class LogFactory {

  /**
   * Marker to be used by logging implementations that support markers
   */
  public static final String MARKER = "MYBATIS";

  private static Constructor<? extends Log> logConstructor;

  static {
    tryImplementation(LogFactory::useSlf4jLogging);
    tryImplementation(LogFactory::useCommonsLogging);
    tryImplementation(LogFactory::useLog4J2Logging);
    tryImplementation(LogFactory::useLog4JLogging);
    tryImplementation(LogFactory::useJdkLogging);
    tryImplementation(LogFactory::useNoLogging);
  }
//私有构造方法
  private LogFactory() {
    // disable construction
  }
}

在该类中可以看到有私有方法,但是却没有提供全局的访问入口,您会说这也是单例模式吗,我说算,这个类符合单例的定义啊,具有私有构造方法肯定只有一个实例,但是却没有创建实例,这个类中其他的方法均是工具方法,为什么不提供全局访问入口,答案是用不到,用不到所以就不提供了啊。

3、单例bean

现在开发中用的最多的就是springboot,springboot的基础是spring,把类交给spring管理使用@Autowired就搞定了,您是不是也知道spring中的bean默认都是单例的,没错spring中使用了单例模式,有同学就说了,在平时写的类中也没有提供私有的构造方法啊,是如何保证单例的呐,还记得上边的思考问题吗?除了使用new的方式还有其他的方式,spring使用的是反射的方式,具体代码先不贴了,太多了,一时半会分析不明白,那全局的访问方式呐,答案是beanFactory

在beanFactory中定义了很多getBean的方法,调用这些方法便会返回一个单例bean,那这些单例bean存储在什么地方那,答案在DefaultSingletonBeanRegistry中,该类中有一个singletonObjects属性,该属性中就存着所有spring管理的单例bean,

老铁们,看到了吧,这也是单例模式,但这个单例模式比平时自己写的单例模式高明多了,在生成唯一实例时使用的是反射,在提供全局的访问入口的时候,是从hashmap中返回的,比自己写个静态方法高明多了。

有的小伙伴会问,一个类被spring管理也没提供私有方法,是不是可以自己new啊,是可以的,随便new多少个都行,但是只要被spring管理了默认就是单例的。

 

好了,本次就说这么多,我们下次见!

 

 

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