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源码中的设计模式--单例模式 - 北漂程序员

 2 years ago
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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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