java 键可以重复的map

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lanhy 2024-11-25 19:18:33

文章标签 java 键可以重复的map java 设计模式多线程 System 文章分类 Java 后端开发

里面包括了老生常谈的饿汉式，懒汉式以及枚举类静态代码块序列化场景下，多线程场景下反射情况下的问题。

话不多说，直接开干。
饿汉式就是立即加载的意思，立即加载在中文中有着急，急迫的意思。所以就叫饿汉式吧。
1.饿汉式的最简洁版本

package 单例模式的几种写法.饿汉式;

/**
 * @Author:FuYouJie
 * @Date Create in 2020/1/23 13:32
 */
public class Singleton1 {
	/**饿汉式：直接创建实例 不管你是否需要
	 * 1.构造器私有化 外部不能直接new实例化
	 * 2.自行创建 并且用静态变量保存
	 * 3.声明为public 对外公开这个实例
	 * 4.final 修饰
	 * 构造器 私有化
	 */
	public static final Singleton1 instance=new Singleton1();
	private Singleton1(){}

}

测试代码：

Singleton1 singleton1 = Singleton1.instance;
		Singleton1 s=Singleton1.instance;
		//true
		System.out.println(singleton1==s);

这里先不贴图，结果是一样的哈。==在这里比较的是对象地址。
2.枚举类的简单写法

public enum  SingletonByEnum {
	INSTANCE;
	public void doA(){
		System.out.println("AA");
	}
}

测试代码：

//枚举
		SingletonByEnum instance1 = SingletonByEnum.INSTANCE;
		SingletonByEnum instance2 = SingletonByEnum.INSTANCE;
		//true
		System.out.println(instance1.hashCode()==instance2.hashCode());

3.静态代码块的写法：

public class SingletonStatic {
	public static final SingletonStatic INSTANCE;
	private String name;
	static {
		Properties properties=new Properties();
		try {
			properties.load(SingletonStatic.class.getClassLoader().getResourceAsStream("single.properties"));
		} catch (IOException e) {
			throw  new RuntimeException();
		}
		INSTANCE = new SingletonStatic(properties.getProperty("name"));
	}
	//构造器 私有化
	private SingletonStatic(String name){
		this.name=name;
	}

	public String getName() {
		return name;
	}
	
}

这里的静态代码块实现了可以从配置文件给属性复制的功能，避免了在代码里面把属性写死的情况。

java 键可以重复的map_多线程

java 键可以重复的map_java_02

小结：饿汉式就是空间换时间，类加载的方式是按需加载，且只加载一次。因此，在上述单例类被加载时，就会实例化一个对象并交给自己的引用，供系统使用。换句话说，在线程访问单例对象之前就已经创建好了。再加上，由于一个类在整个生命周期中只会被加载一次，因此该单例类只会创建一个实例，也就是说，线程每次都只能也必定只可以拿到这个唯一的对象。因此就说，饿汉式单例天生就是线程安全的。

可是常说懒人改变世界，那么就一定有懒汉式。改变世界没有我不知道，至少改变了我的字数。
懒汉式也说延迟加载，就是在调用get方法的时候才创建实例。
1.懒汉式简单版本：

//Unsafe
public class Singleton1 {
	private static Singleton1 INSTANCE;
	public static Singleton1 getInstance(){
		if (INSTANCE==null){
			try {
			//模拟准备时间
				Thread.sleep(1000);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
			INSTANCE=new Singleton1();
		}
		return INSTANCE;
	}
	private Singleton1(){}

}

单线程下，这个代码是没有问题的。
测试代码：

//单线程下
		Singleton1 singleton1=Singleton1.getInstance();
		Singleton1 singleton2=Singleton1.getInstance();
		System.out.println(singleton1==singleton2);

运行结果：

java 键可以重复的map_多线程_03

可以看出来对象是一样的。

如果是多线程呢？

首先我们创建一个可以接收返回值的Callable

Callable<Singleton1> callable=new Callable<Singleton1>() {
			@Override
			public Singleton1 call() throws Exception {
				return Singleton1.getInstance();
			}
		};

然后创建一个线程池（因为装了阿里妈妈插件，直接创建线程屏幕一片黄）。

ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor=new ThreadPoolExecutor(2,
				2,1,
				TimeUnit.MINUTES,new LinkedBlockingQueue<>(5),
				new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

然后提交再用Future接收

Future<Singleton1> singleton1Future = threadPoolExecutor.submit(callable);
Future<Singleton1> singleton2Future = threadPoolExecutor.submit(callable);

最后取结果

try {
			//false
			System.out.println(singleton1Future.get().hashCode()==singleton2Future.get().hashCode());
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (ExecutionException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		threadPoolExecutor.shutdown();

运行结果：

java 键可以重复的map_System_04

那么这是为啥呢？

在线程1进去的时候，此时对象是不存在的，遇到sleep(1000),线程1开始罚站1秒。

java 键可以重复的map_java 键可以重复的map_05

在线程1罚站的时候，线程2也进来了。他们一起在刚才的位置罚站，此时一秒钟还没过去，对象依然不存在。

然后线程1罚站结束，进入后面代码，new一个对象。不久后，线程2到了后面，此时并没有非空判断，所以线程2页创建了一个对象。

解决办法，加锁。这里就使用synchronized

懒汉式方法加锁版本：

public class SingletonWithSynMethod {
	private static SingletonWithSynMethod INSTANCE;
	public synchronized static SingletonWithSynMethod getInstance(){
		if (INSTANCE==null){
			try {
				Thread.sleep(1000);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
			INSTANCE=new SingletonWithSynMethod();
		}
		return INSTANCE;
	}
	private SingletonWithSynMethod(){}
}

测试一下：

class TestSingletonWithSynMethod{
	public static void main(String[] args) {
		ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor=new ThreadPoolExecutor(2,
				2,1,
				TimeUnit.MINUTES,new LinkedBlockingQueue<>(5),
				new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
		Callable<SingletonWithSynMethod>singleton1=new Callable<SingletonWithSynMethod>() {
			@Override
			public SingletonWithSynMethod call() throws Exception {
				return SingletonWithSynMethod.getInstance();
			}
		};
	Future<SingletonWithSynMethod> future1= threadPoolExecutor.submit(singleton1);
	Future<SingletonWithSynMethod> future2=	threadPoolExecutor.submit(singleton1);
		try {
			//true
			System.out.println(future1.get()==future2.get());
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (ExecutionException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		threadPoolExecutor.shutdown();

	}
}

java 键可以重复的map_java 键可以重复的map_06

但是本着锁块不锁方法的意思，我们可以改变一下synchronized的位置。

public class SingletonWithSynBlock {
	private static SingletonWithSynBlock INSTANCE;
	public  static SingletonWithSynBlock getInstance(){
		if (INSTANCE==null){
			try {
				Thread.sleep(1000);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
			synchronized (SingletonWithSynBlock.class){
				INSTANCE=new SingletonWithSynBlock();
			}
		}
		return INSTANCE;
	}
	private SingletonWithSynBlock(){}
}

你以为这就完事了？
我们运行一下。
运行代码：

class TestSingletonWithSynBlock{
	public static void main(String[] args) {
		ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor=new ThreadPoolExecutor(2,
				2,1,
				TimeUnit.MINUTES,new LinkedBlockingQueue<>(5),
				new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
		Callable<SingletonWithSynBlock> singleton1=new Callable<SingletonWithSynBlock>() {
			@Override
			public SingletonWithSynBlock call() throws Exception {
				return SingletonWithSynBlock.getInstance();
			}
		};
		Future<SingletonWithSynBlock> future1= threadPoolExecutor.submit(singleton1);
		Future<SingletonWithSynBlock> future2=	threadPoolExecutor.submit(singleton1);
		try {
			//false
			System.out.println(future1.get()==future2.get());
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (ExecutionException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		threadPoolExecutor.shutdown();
	}
}

java 键可以重复的map_java 键可以重复的map_07

因此我们引入DCL双检查机制

代码：

public class SingletonWithDCL {
	private volatile static SingletonWithDCL INSTANCE;
	public static SingletonWithDCL getInstance(){
		try {
			if (INSTANCE != null){
			}else {
				Thread.sleep(3000);
				synchronized (SingletonWithDCL.class){
					if (INSTANCE == null){
						INSTANCE=new SingletonWithDCL();
					}
				}
			}
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		return INSTANCE;
	}
	private SingletonWithDCL(){}
}

测试代码：

class TestSingletonWithDCL{
	public static void main(String[] args) {
		ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor=new ThreadPoolExecutor(2,
				2,1,
				TimeUnit.MINUTES,new LinkedBlockingQueue<>(5),
				new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
		Callable<SingletonWithDCL> singleton1=new Callable<SingletonWithDCL>() {
			@Override
			public SingletonWithDCL call() throws Exception {
				return SingletonWithDCL.getInstance();
			}
		};
		Future<SingletonWithDCL> future1= threadPoolExecutor.submit(singleton1);
		Future<SingletonWithDCL> future2=	threadPoolExecutor.submit(singleton1);
		try {
			//true
			System.out.println(future1.get()==future2.get());
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (ExecutionException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

运行：

java 键可以重复的map_多线程_08

java 键可以重复的map_java_09

懒汉模式也是可以用内部类的

public class SingletonWithInner {
	/**
	 * 内部类不会随着外部类的加载初始化
	 */
	private static class MyClassHandler{
		private static SingletonWithInner INSTANCE=new SingletonWithInner();
	}
	public static SingletonWithInner getInstance(){
		return MyClassHandler.INSTANCE;
	}
	private SingletonWithInner(){}

}

但是没有这样的便宜，内部类在序列化的时候会有问题。
重写内部类

public class SingletonAndSer implements Serializable {
	private static final long serialVersionUID=888L;
	//内部类
	private static class MyClassHandler{
		private static final SingletonAndSer INSTANCE=new SingletonAndSer();
	}
	private SingletonAndSer(){}
	public static SingletonAndSer getInstance(){
		return MyClassHandler.INSTANCE;
	}
//	protected Object readResolve() throws ObjectStreamException{
//		System.out.println("调用了本方法！");
//		return MyClassHandler.INSTANCE;
//	}
}

测试类：

class SaveAndRead{
	public static void main(String[] args) {
			SingletonAndSer singletonAndSer=SingletonAndSer.getInstance();
			try {
			FileOutputStream fosRef=new FileOutputStream(new File("test.txt"));
			ObjectOutputStream oosRef=new ObjectOutputStream(fosRef);
			oosRef.writeObject(singletonAndSer);
			oosRef.close();
			fosRef.close();
			System.out.println(singletonAndSer.hashCode());
		} catch (FileNotFoundException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		}


		try {
			FileInputStream fileInputStream=new FileInputStream(new File("test.txt"));
			ObjectInputStream objectInputStream=new ObjectInputStream(fileInputStream);
			SingletonAndSer singletonAndSer1= (SingletonAndSer) objectInputStream.readObject();
			objectInputStream.close();
			fileInputStream.close();


			System.out.println(singletonAndSer1.hashCode());
		} catch (FileNotFoundException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (IOException e) {
			e.printStackTrace();
		} catch (ClassNotFoundException e) {
			e.printStackTrace();
		}

	}
}

运行：

java 键可以重复的map_java 键可以重复的map_10

纳尼？？

如果在反序列化的时候没有指定readResolve 那么还是多例的。

解决办法就是把注释去掉。

添加readResolve方法。

protected Object readResolve() throws ObjectStreamException{
		System.out.println("调用了本方法！");
		return MyClassHandler.INSTANCE;
	}

再运行：

java 键可以重复的map_java 键可以重复的map_11

好了，到这里就差不多结束啦。但是最开始的枚举类直接暴露，违反了“职责单一原则”，现在来完善完善。

以Connection为例。

/**
 * @Author:FuYouJie
 * @Date Create in 2020/1/23 16:40
 */
public class Connection {
	String url;
	String name;

	public Connection(String url, String name) {
		this.url = url;
		this.name = name;
	}
}

public class MyObject {
	public enum MyEnumSinggleton{
		//工厂
		connectionFactory;
		private Connection connection;
		private MyEnumSinggleton(){
				System.out.println("创建MyObject");
				String url="jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/bookdb?characterEncoding=UTF-8&serverTimezone=UTC&useSSL=false";
				String username="root";
				connection=new Connection(url,username);
		}
		public Connection getConnection(){
			return connection;
		}
	}
	public static Connection getConnection(){
		return MyEnumSinggleton.connectionFactory.getConnection();
	}

}

测试代码：

class TestMyObject{
	public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
		ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor=new ThreadPoolExecutor(5,
				5,1,
				TimeUnit.MINUTES,new LinkedBlockingQueue<>(5),
				new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
		Callable<Connection> singleton1=new Callable<Connection>() {
			@Override
			public Connection call() throws Exception {
				return MyObject.getConnection();
			}
		};
		for(int i=0;i<5;i++){
			Future<Connection> future= threadPoolExecutor.submit(singleton1);
			System.out.println(future.get());
		}
		threadPoolExecutor.shutdown();
	}
}

运行：

java 键可以重复的map_java_12

到了这里小小的总结一下，一般使用DCL的情况比较多。但是你以为这样完事儿吗？

java创建对象的方式有反射，克隆，实例化，序列化，你看到这里还不算看完。我们回到饿汉式，因为我可以少写几句代码。。。。

public class SingletonWithClone implements Cloneable {
	private static volatile SingletonWithClone INSTANCE;
	//国际惯例，构造函数私有化 防止new关键字
	private SingletonWithClone(){}
	@Override
	public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
		return super.clone();
	}

	public static SingletonWithClone getInstance(){
		if (INSTANCE == null){
			synchronized (SingletonWithClone.class){
				if (INSTANCE == null){
					INSTANCE=new SingletonWithClone();
				}
			}
		}
		return INSTANCE;
	}
}

测试代码：

class TestClone {
	public static void main(String[] args) throws CloneNotSupportedException {
		SingletonWithClone singleton1=SingletonWithClone.getInstance();
		SingletonWithClone singleton2= (SingletonWithClone) singleton1.clone();
		System.out.println(singleton1.hashCode());
		System.out.println(singleton2.hashCode());
	}
}

运行结果：

java 键可以重复的map_设计模式_13

因为Object.clone是浅克隆。在内存上再开一片空间复制原来的值，所有是两个不同的对象。

解决办法：

重写clone方法，返回原来的实例。

@Override
	public Object clone() throws CloneNotSupportedException {
		return getInstance();
	}

再测试:

java 键可以重复的map_java_14

序列化已经说过了，添加readResolve方法，可以使反序列化自己产生的对象无效被垃圾回收，使用你提供的对象。

下面演示反射的破坏性。反射我也是才了解不久，防君子不防小人说的就是反射吧。

class TestReflect{
	public static void main(String[] args) throws  IllegalAccessException,
			InstantiationException, NoSuchMethodException,
			InvocationTargetException {
		Class cls=SingletonWithClone.class;
		Constructor<SingletonWithClone> cloneConstructor= cls.getDeclaredConstructor();
		cloneConstructor.setAccessible(true);
		SingletonWithClone singleton=cloneConstructor.newInstance();
		SingletonWithClone singleton1=SingletonWithClone.getInstance();
		System.out.println("hashcode="+singleton.hashCode());
		System.out.println("hashcode="+singleton1.hashCode());

	}
}

运行效果：

java 键可以重复的map_设计模式_15

因为执行反射调用了无参构造函数。

说一种解决办法添加一个字段，判断是否是第一次加载。

构造方法改造如下：

private SingletonWithClone(){
		if(isFirst){
			synchronized (SingletonWithClone.class){
				if (isFirst){
					isFirst=false;
				}
			}
		}
		else {
			throw new RuntimeException("重复创建！");
		}
	}

java 键可以重复的map_java 键可以重复的map_16

写到这里，，我也累了，你也累了。难道就没有一种简简单单的方法吗？？、！！！！

有枚举类

绕了一圈又回来了。枚举是绝对单例的。那么我在这么BB半天干嘛？因为枚举是jdk5出现的，我妈们要还原历史，尊重历史。。

简单说说为什么枚举这么优秀突出，我手冻僵了，不多说了。

因为反射创建对象是调用无参构造器（别紧张。你不声明其他构造函数就会默认实现的），而枚举没有构造器。然而事情并不简单，其实一旦一个类声明为枚举，实际上就是继承了Enum，啊啊，还是看看代码吧。

java 键可以重复的map_System_17

，然后我也不知道自己在说啥，其实这些都不是。让我们看看反射的源码。

java 键可以重复的map_System_18

看的懂吧？这英文我都看得懂，不能反射创建枚举对象。

刚才说到哪儿了？枚举防止反射，说一下枚举防止序列化和克隆吧。

枚举无法克隆，没有这样的方法。没有构造函数，会抛出异常。就算你在枚举里加了构造函数，也是一样的。对于反序列化 Java 仅仅是将枚举对象的 name 属性输出到结果中，反序列化的时候则是通过 java.lang.Enum 的 valueOf 方法来根据名字查找枚举对象。同时，编译器是不允许任何对这种序列化机制的定制的，因此禁用了 writeObject、readObject、readObjectNoData、writeReplace 和 readResolve（眼熟吗）等方法。所以，枚举才是实现单例模式的最好方式！

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