展开菜单
首页 精品内容 本月促销 装机必备 Windows PDF教程 macOS软件 IOS软件 Android AI 专题
全部分类

当前位置:

首页 > 编程开发 > java单例模式和线程安全问题怎么解决

java单例模式和线程安全问题怎么解决

单例模式、多实例模式、和线程安全单例模式单例模式是指确保一个类仅有一个唯一的实例,并且提供了一个全局的访问点。分类:懒汉式、饿汉式为什么需要单例模式?再某些特殊的情况下,存在一个类仅能用来产生一个唯一对象的必要性。例如:打印机室有许多打印机,但是它的打印管理系统只有一个打印任务控制对象,该对象管理打印排队并分配打印任务给各个打印机。单例模式正是为了解决这样的需求而产生的。实现思路:为了防止客户端利用构造器创建多个对象,将构造方法声明为private类型。但这样会使得这个类不可用,所以必须提供一个可以获得实

本文目录

      单例模式、多实例模式、和线程安全

      单例模式

      单例模式是指确保一个类仅有一个唯一的实例,并且提供了一个全局的访问点。

      分类: 懒汉式、饿汉式

      为什么需要单例模式?

      再某些特殊的情况下,存在一个类仅能用来产生一个唯一对象的必要性。例如:打印机室有许多打印机,但是它的打印管理系统只有一个打印任务控制对象,该对象管理打印排队并分配打印任务给各个打印机。单例模式正是为了解决这样的需求而产生的。

      实现思路:

      为了防止客户端利用构造器创建多个对象,将构造方法声明为 private 类型。但这样会使得这个类不可用,所以必须提供一个可以获得实例的静态方法,通常称为 getInstance 方法, 该方法返回一个实例。这个方法必须是静态的,因为静态方法是根据类名调用的,否则也是无法使用的。

      类图:懒汉式

      java单例模式和线程安全问题怎么解决

      类图:饿汉式

      java单例模式和线程安全问题怎么解决

      先来看一个简单的例子:

      测试单例类:Dog’

      //懒汉式
      public class Dog {
      	private static Dog dog;
      	private String name;
      	private int age;
      	
      	//私有的构造器
      	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;
      	}
      
      	//静态工厂方法
      	public static Dog getInstance() {
      		if (dog == null) {
      			dog = new Dog();
      		}
      		return dog;
      	}
      
      	@Override
      	public String toString() {
      		return "Dog [name=" + name + ", age=" + age + "]";
      	}
      }

      测试单例类:Cat

      //饿汉式
      public class Cat {
      	private static Cat cat = new Cat();
      	private String name;
      	private int age;
      	
      	//私有构造器
      	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;
      	}
      
      	//静态工厂方法
      	public static Cat getInstance() {
      		return cat;
      	}
      
      	@Override
      	public String toString() {
      		return "Cat [name=" + name + ", age=" + age + "]";
      	}
      }

      测试类

      import java.util.HashSet;
      import java.util.Set;
      
      public class Client {
      
      	public static void main(String[] args) {
      		//单线程模式测试
      		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));
      	}
      }

      运行结果

      java单例模式和线程安全问题怎么解决

      懒汉式和饿汉式对比

      创建区别

      懒汉式是在第一次调用静态方法 getInstance() 时创建单例对象。
      饿汉式是在类加载时创建单例对象,即在声明静态单例对象时实例化单例类。

      线程安全

      懒汉式是线程不安全的,而饿汉式是线程安全的(下面会测试)。

      资源占用

      懒汉式是等到使用时才会创建,而饿汉式是在类加载时创建。所以懒汉式没有饿汉式快,但是饿汉式比较占用资源,如果一直不使用,会很占据资源。

      多线程模式下的安全性

      多线程类

      import java.util.HashSet;
      import java.util.Set;
      
      public class DogThread extends Thread{
      	private Dog dog;
      	private Set set;
      	
      	public DogThread() {
      		set = new HashSet<>();
      	}
      	
      	//这个方法是为了测试添加的。
      	public int getCount() {
      		return set.size();
      	}
      	
      	@Override
      	public void run() {
      		dog = Dog.getInstance();
      		set.add(dog);
      	}
      }

      多线程测试类

      import java.util.HashSet;
      import java.util.Set;
      
      public class Client {
      
      	public static void main(String[] args) {
      		//单线程模式测试
      		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));
      		
      		//多线程模式测试
      		DogThread dogThread = new DogThread();
      		Thread thread = null;
      		for (int i = 0; i < 10; i++) {
      			thread = new Thread(dogThread);
      			thread.start();	
      		}
      		
      		try {
      			Thread.sleep(2000); //主线程等待子线程完成!
      		} catch (InterruptedException e) {
      			e.printStackTrace();
      		}
      		System.out.println("dog's number: "+dogThread.getCount());
      	}
      }

      运行结果
      注意:多线程的结果是很难预测的,这里涉及线程的竞争,可能多次运行结果是一样的(多次一样并不代表是绝对正确),但是只要多次测试,就能看到不一样的结果。

      java单例模式和线程安全问题怎么解决

      java单例模式和线程安全问题怎么解决

      说明

      这里我使用一点集合的技巧,利用 Set 集合的特性,把每次产生的 dog 对象存入 Set集合中,最后只要调用集合的 size() 方法就行了。可以看出来产生了两个 dog 对象,这就是产生了错误,这就是属于编程错误了。还要明白多线程下不一定会出错,所以产生的 dog 对象小于线程数。
      由于 饿汉式单例 是线程安全的,这里就不测试了,有兴趣的可以测试一下。

      解决懒汉式单例线程安全的方法:同步
      注意:同步有很多种方法,也可以使用 Lock 进行处理,同步是一种方法,不是特指 synchronzied 这个关键字,感兴趣的人可以多探究一下。
      并且同步的方法通常比较慢,性能方面也要权衡。

      	//静态同步工厂方法
      	public synchronized static Dog getInstance() {
      		if (dog == null) {
      			dog = new Dog();
      		}
      		return dog;
      	}

      多实例模式

      这里补充一个多实例的模式,就是对象数量是固定数目的。可以看出单例模式的推广。当然了实现方式也有很多,大家可以尝试以下,这里是我的方式。

      多实例模式类

      //固定数目实例模式
      public class MultiInstance {
      	//实例数量,这里为四个
      	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() {
      		//注意数组的下标只能为 COUNT - 1
      		if (MultiInstance.COUNT <= MultiInstance.INSTANCE_COUNT - 1) {
      			instance[MultiInstance.COUNT] = new MultiInstance();
      			MultiInstance.COUNT++;
      		}
      		//返回实例前,执行了 COUNT++ 操作,所以 应该返回上一个实例
      		return MultiInstance.instance[MultiInstance.COUNT-1];  
      	}
      }

      测试类

      import java.util.HashSet;
      import java.util.Set;
      
      public class Test {
      	public static void main(String[] args) {
      		
      		System.out.println("------------------------");
      		testMultiInstance();
      	}
      
      	//测试多实例模式(单例的扩展,固定数目实例)
      	public static void testMultiInstance() {
      		Set instanceSet = new HashSet<>();
      		MultiInstance instance = null;
      		for (int i = 0; i < 10; i++) {
      			instance = MultiInstance.getInstance();
      			instanceSet.add(instance);
      		}
      		System.out.println("8个实例中,不同的实例有:"+instanceSet.size());   
      	}
      }

      运行结果
      注意:如果在多线程环境下使用,也是要考虑线程安全的。感兴趣的可以自己实现一下。

      java单例模式和线程安全问题怎么解决

      单例模式一定是安全的吗?

      不一定,有很多方法可以破坏单例模式!

      这里举例看一看(我只能举我知道的哈!其他的感兴趣,可以去探究一下!)
      使用反射:这种办法是非常有用的,通过反射即使是私有的属性和方法也可以访问了,因此反射破坏了类的封装性,所以使用反射还是要多多小心。但是反射也有许多其他的用途,这是一项非常有趣的技术(我也只是会一点点)。

      使用反射破坏单例模式测试类

      这里使用的还是前面的 Dog 实体类。注意我这里的**包名:**com。
      所有的类都是在 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();
      		//设置可访问权限
      		con.setAccessible(true);
      		Dog dog1 = (Dog) con.newInstance();
      		Dog dog2 = (Dog) con.newInstance();
      		System.out.println(dog1 == dog2);
      	}
      }

      说明:反射的功能是很强大的,从这里既可以看出来,正是有了反射,才使得Java 语言具有了更多的特色,这也是Java的强大之处。

      使用对象序列化破坏单例模式

      测试实体类:Dog(增加一个对象序列化接口实现)

      import java.io.Serializable;
      //懒汉式
      public class Dog implements Serializable{
      	private static final long serialVersionUID = 1L;
      	
      	private static Dog dog;
      	private String name;
      	private int age;
      	
      	//私有的构造器
      	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;
      	}
      
      	//静态工厂方法
      	public synchronized static Dog getInstance() {
      		if (dog == null) {
      			dog = new Dog();
      		}
      		return dog;
      	}
      
      	@Override
      	public String toString() {
      		return "Dog [name=" + name + ", age=" + age + "]";
      	}
      }

      对象序列化测试类

      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));
      		
      	}
      }

      运行结果

      java单例模式和线程安全问题怎么解决

      说明
      这里可以看出来通过对象序列化(这里也可以说是对象的深拷贝或深克隆),
      同样也可以实现类的实例的不唯一性。这同样也算是破坏了类的封装性。对象序列化和反序列化的过程中,对象的唯一性变了。

      这里具体的原因很复杂,我最近看了点深拷贝的知识,所以只是知其然不知其之所以然。(所以学习是需要不断进行的!加油诸位。)
      这里我贴一下别的经验吧:(感兴趣的可以实现一下!)

      为什么序列化可以破坏单例了?
      答:序列化会通过反射调用无参数的构造方法创建一个新的对象。

      这个东西目前超出了我的能力范围了,但也是去查看源码得出来的,就是序列化(serializable)和反序列化(externalizable)接口的详细情况了。但是有一点,它也是通过反射来做的的,所以可以看出**反射(reflect)**是一种非常强大和危险的技术了。

      本站声明:本文内容由网友自发贡献,版权归原作者所有,本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容,请联系bd@zhengruan.com
      作者最新文章
      编程开发 Java
      相关文章 更多
      精品专题 更多
      装机必备

      正软商城装机必备专区,精选办公、浏览器、安全防护、影音播放、压缩解压、设计创作和系统工具等电脑常用正版软件,帮助用户快速完成新电脑软件配置。

      Windows

      正软商城Windows软件专区,汇集适用于Windows电脑的办公、设计、安全防护、影音播放、开发工具和系统优化软件,提供软件介绍、系统要求、正版授权及购买下载服务。

      PDF教程

      正软商城PDF教程频道提供PDF编辑、转换、合并、拆分、压缩及格式处理方法,同时介绍常用PDF软件和工具的使用技巧。

      macOS软件

      正软商城macOS软件专区,精选适用于Mac电脑的办公、设计、影音、效率、开发和系统工具,提供软件功能介绍、macOS兼容版本、正版授权及购买下载服务。

      IOS软件

      正软商城iOS软件专区,精选适用于iPhone和iPad的办公、学习、影音、设计、效率及AI应用,提供功能介绍、适用设备、系统要求和正版获取方式等信息。

      AI

      正软商城AI软件专区,汇集AI写作、AI绘画、AI视频、AI办公、AI编程、AI翻译、智能客服和数据分析等人工智能工具,提供功能介绍、适用平台、收费方式及正版购买信息。

      Mac软件 更多
      讯飞智作 网页版
      讯飞智作 网页版

      讯飞智作是一款基于语音合成技术、虚拟人驱动技术与数字人形象声音构建能力的 AI 数字人音视频创作平台。

      火山引擎 网页版
      火山引擎 网页版

      火山引擎是字节跳动旗下企业级云与AI服务平台。聚焦大模型核心能力,依托字节自研豆包多模态大模型,凭借火山方舟一站式平台,提供模型精调、推理部署、智能应用搭建等全链路服务,结合高性能AI算力,助力各行业快速落地大模型数字化与智能化应用。

      Aperty macOS版
      Aperty macOS版

      Aperty 是 Skylum 推出的 AI 人像修图软件,支持自然肤质修饰、瑕疵处理、面部与身体调整、预设及批量同步。

      立刻MV 网页版
      立刻MV 网页版

      立刻MV 面向音乐人、内容创作者和品牌团队,帮助用户低成本完成歌曲 MV、歌词视频、AI 分镜、图生视频与最终合成。

      蛙蛙写作 网页版
      蛙蛙写作 网页版

      蛙蛙写作 AI 创作工具,覆盖小说、剧本、文案,一键生成文稿,打通文字转视频全流程,高效解决创作难题。

      超级简历WonderCV 网页版
      超级简历WonderCV 网页版

      超级简历WonderCV是面向应届生和AI小白的智能求职平台,覆盖简历、面试与职业规划。

      音述AI 网页版
      音述AI 网页版

      音述AI,是一个以“用声音述说故事”为核心的 AI 音乐创作与声音分享社区。

      AionClaw macOS版
      AionClaw macOS版

      AionClaw 是可在桌面端运行的任务型 AI 助手,通过数字专家与技能市场组合办公、创作、数据和开发能力。

      Loomy macOS版
      Loomy macOS版

      Loomy 是科大讯飞推出的桌面 AI 助手,可通过对话、任务与工作目录协助处理办公、内容创作和资料整理。

      AirBuddy 3 macOS版
      AirBuddy 3 macOS版

      AirBuddy 3 是面向 macOS 的蓝牙外设增强工具,可集中查看 AirPods、Beats 与苹果设备电量,提供快速连接、播放控制、电量提醒、桌面小组件和多台 Mac 外设接力等功能。

      AirServer macOS版
      AirServer macOS版

      AirServer macOS版可把 Mac 转换为无线投屏接收端,通过 AirPlay 或 Google Cast 接收手机、平板和电脑画面,并支持多设备同时连接、高清镜像及会话录制,适合家庭娱乐、课堂教学、会议演示和应用展示。

      AnyDesk macOS版
      AnyDesk macOS版

      AnyDesk macOS版是一款适用于远程办公、设备维护和客户支持的远程桌面工具,可连接并操作异地计算机,支持文件传输、无人值守访问、会话权限控制及跨平台协作。

      WINDOWS 更多
      讯飞智作 网页版
      讯飞智作 网页版

      讯飞智作是一款基于语音合成技术、虚拟人驱动技术与数字人形象声音构建能力的 AI 数字人音视频创作平台。

      火山引擎 网页版
      火山引擎 网页版

      火山引擎是字节跳动旗下企业级云与AI服务平台。聚焦大模型核心能力,依托字节自研豆包多模态大模型,凭借火山方舟一站式平台,提供模型精调、推理部署、智能应用搭建等全链路服务,结合高性能AI算力,助力各行业快速落地大模型数字化与智能化应用。

      PixTV 网页版
      PixTV 网页版

      PixTV 是一款在浏览器中使用的 AI 视觉内容创作平台,提供图片、视频、音频、文字生成、AI 分镜、局部重绘、提示词反推和无限画布等工具,适合短剧、漫剧、广告及社交媒体内容制作。

      讯飞绘文 网页版
      讯飞绘文 网页版

      讯飞绘文网页版是科大讯飞推出的AI图文创作与内容运营工具,覆盖热点选题、文章生成、稿件校对、智能配图、排版发布和数据复盘等环节,适合自媒体创作者及内容团队在线使用。

      Maya(Autodesk Maya) Windows版
      Maya(Autodesk Maya) Windows版

      Autodesk Maya 是面向影视、电视、动画和游戏行业的专业三维制作软件,集多边形与 NURBS 建模、角色绑定、关键帧和动作捕捉动画、Bifrost 特效模拟、材质开发及 Arnold 渲染于一体,

      Aperty Windows版
      Aperty Windows版

      Aperty 是 Skylum 推出的 AI 人像修图软件,支持自然肤质修饰、瑕疵处理、面部与身体调整、预设及批量同步。

      立刻MV 网页版
      立刻MV 网页版

      立刻MV 面向音乐人、内容创作者和品牌团队,帮助用户低成本完成歌曲 MV、歌词视频、AI 分镜、图生视频与最终合成。

      蛙蛙写作 网页版
      蛙蛙写作 网页版

      蛙蛙写作 AI 创作工具,覆盖小说、剧本、文案,一键生成文稿,打通文字转视频全流程,高效解决创作难题。

      超级简历WonderCV 网页版
      超级简历WonderCV 网页版

      超级简历WonderCV是面向应届生和AI小白的智能求职平台,覆盖简历、面试与职业规划。

      音述AI 网页版
      音述AI 网页版

      音述AI,是一个以“用声音述说故事”为核心的 AI 音乐创作与声音分享社区。

      AionClaw Windows版
      AionClaw Windows版

      AionClaw 是可在桌面端运行的任务型 AI 助手,通过数字专家与技能市场组合办公、创作、数据和开发能力。

      Loomy Windows版
      Loomy Windows版

      Loomy 是科大讯飞推出的桌面 AI 助手,可通过对话、任务与工作目录协助处理办公、内容创作和资料整理。