SpringMVC（5）：单例模式详解与示例分析（懒汉模式/饿汉模式/静态内部类改造）

2018/1/8

一、单例模式

      一些常用的底层操作，比如数据库连接，获取数据库配置文件的操作等等，我们可以将这些操作提取到一个工具类（ConfigManager.java），并把它设计为单利模式。（23种设计模式之一，最常用的设计模式）在系统运行期间，有且只有一个实例，满足三个关键点：

【1】一个类只有一个实例。因此，只能提供私有的构造器，即保证不能随便创建该类实例。

package com.single;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.util.Properties;
public class ConfigManager {
private static Properties properties;
//private constructor
private ConfigManager(){
String configFile = "database.properties";
properties = new Properties();
InputStream is = ConfigManager.class.getClassLoader().getSystemResourceAsStream(configFile);
try {
properties.load(is);
is.close();
}catch(IOException e){
e.printStackTrace();
}

}
}

解释：读取配置文件的IO操作放进了 私有的构造器，有效保证IO操作在整个系统运行期间只被执行一次，解决了资源消耗问题。

【2】它必须自行创建这个实例。如下红色字体，定义了静态私有对象ConfigManager：

package com.single;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.util.Properties;
public class ConfigManager {
private static ConfigManager configManager;
private static Properties properties;
//private constructor
private ConfigManager(){
String configFile = "database.properties";
properties = new Properties();
InputStream is = ConfigManager.class.getClassLoader().getSystemResourceAsStream(configFile);
try {
properties.load(is);
is.close();
}catch(IOException e){
e.printStackTrace();
}

}
}

【3】它必须自行向整个系统提供这个实例。这点非常重要！！
外界需要获取并使用这个单例类的实例，但由于这个类的构造器是私有，外界不能new一个，那么必须提供一个静态的共有方法，该方法创建或获取它本身的静态私有对象并返回。

package com.single;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.util.Properties;
public class ConfigManager {
private static ConfigManager configManager;
private static Properties properties;
//private constructor
private ConfigManager(){
String configFile = "database.properties";
properties = new Properties();
InputStream is = ConfigManager.class.getClassLoader().getSystemResourceAsStream(configFile);
try {
properties.load(is);
is.close();
}catch(IOException e){
e.printStackTrace();
}
}

//全局访问点
public static ConfigManager getInstance(){
if(configManager == null){
configManager = new ConfigManager();
}
return configManager;
}
}

解释：上面提供了getInstance() 方法来获取 ConfigManager 对象。

二、一个简单示例：

目标：1. 读取 database.properties；2. 获取数据源的配置值（url、driver、password、username）；3. CRUD等等JDBC相关的操作。

【1】修改ConfigManager.java 文件：

package com.single;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.util.Properties;
public class ConfigManager {
private static ConfigManager configManager;
private static Properties properties;
//private constructor
private ConfigManager(){
String configFile = "database.properties";
properties = new Properties();
InputStream is = ConfigManager.class.getClassLoader().getSystemResourceAsStream(configFile);
try {
properties.load(is);
is.close();
}catch(IOException e){
e.printStackTrace();
}
}

//全局访问点
public static ConfigManager getInstance(){
if(configManager == null){
configManager = new ConfigManager();
}
return configManager;
}

public String getValue(String key){
//API
return properties.getProperty(key);
}
}

【2】新建一个BaseDao类：

package com.single;

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedLongSynchronizer.ConditionObject;

public class BaseDao {
public static Connection getConnection(){
Connection connection = null;
String driver = ConfigManager.getInstance().getValue("driver");
String url = ConfigManager.getInstance().getValue("url");
String username = ConfigManager.getInstance().getValue("username");
String password = ConfigManager.getInstance().getValue("password");
try{
Class.forName(driver);
connection = DriverManager.getConnection(url,username,password);

}catch(Exception e){
e.getMessage();
}
return connection;
}
//CRUD 不作补充了
}

解释：（1）上面是最简单的单例模式了；

（2）BaseDao 设计为静态而非单例，因为每个线程都需要单独的Connection。

（3）弊端严重：线程不安全，会出现多个ConfigManager实例。

三、懒汉和饿汉模式

解决问题需要先了解单例模式的两种实现方法：懒汉和饿汉模式。

3.1 懒汉模式

   而上例就是采用了懒汉模式--在类加载时没有初始化，需要时调用了getInstance()方法，获取ConfigManager实例。虽保持了延迟加载，但无法在多线程下正常工作。现作以下修改：最简单的就是考虑同步，采用同步synchronize关键字实现。

【1】修改ConfigManager.java 文件的全局访问点：

//全局访问点
public static synchronized ConfigManager getInstance(){
if(configManager == null){
configManager = new ConfigManager();
}
return configManager;
}

解释：（1）上述代码能够在多线程并发环境下很好的工作，同时具备延迟加载特性（lazy loading）；
（2）遗憾，该方式效率不高，99%的情况下是不需要同步的。

（3）so，推荐饿汉模式。

3.2 饿汉模式

饿汉模式即是：在类加载的时候，就完成了初始化操作，故类加载较慢，但是获取对象的速度很快。并且由于饿汉模式在类初始化时就已经自行实例化，因此肯定不存在线程安全问题。

【1】修改ConfigManager.java 文件：  

package com.hungry;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.util.Properties;
public class ConfigManager {
private static ConfigManager configManager = new ConfigManager(); 
private static Properties properties;
//private constructor
private ConfigManager(){
String configFile = "database.properties";
properties = new Properties();
InputStream is = ConfigManager.class.getClassLoader().getSystemResourceAsStream(configFile);
try {
properties.load(is);
is.close();
}catch(IOException e){
e.printStackTrace();
}
}

//饿汉模式的全局访问点
public static ConfigManager getInstance(){
return configManager;
}

public String getValue(String key){
//API
return properties.getProperty(key);
}
}

解释：（1）需要时调用了getInstance()方法，获取ConfigManager实例，而类初始化时就已经自行实例化，这种方式基于classroader机制，有效避免多线程的同步问题。但显然没达到延迟加载特性（lazy loading）效果。

综上，我们希望是饿汉模式+延迟加载特性（lazy loading）；

四、静态内部类方式改造

【1】新建 Singleton.java 类：

package com.InnerClass;

public class Singleton {
private static Singleton singleton;
private Singleton(){
//可以添加业务代码--整个系统运行只会执行一次的业务代码操作
}

//Inner class
public static class SingletonHelper{
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}

public static Singleton getInstance(){
singleton = SingletonHelper.INSTANCE;
return singleton;
}

public static Singleton test(){
return singleton;
}
}

【2】新建单元测试 SingletonTest.java ：

package com.InnerClass;

import org.apache.log4j.Logger;
import org.junit.Test;

public class SingletonTest {
private Logger log = Logger.getLogger(SingletonTest.class.getName());
@Test
public void test() {
log.info("Singleton.test()--->"+Singleton.test());
log.info("Singleton.getInstance()--->"+Singleton.getInstance());
}

}

【3】输出结果：

2018-01-08 19:10:45,667 [com.InnerClass.SingletonTest]-[INFO] Singleton.test()--->null
2018-01-08 19:10:45,729 [com.InnerClass.SingletonTest]-[INFO] Singleton.getInstance()--->com.InnerClass.Singleton@6f75e721

解释:（1）getInstance()：

singleton = SingletonHelper.INSTANCE; 
调用了该方法才能获取得了实例；延迟效果达到！！

（2）同时也满足了饿汉模式，在类加载时就已经完成了初始化！！内部类，静态！！

public static class SingletonHelper{

private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

}

以上是该博文全部内容。