设计模式之【单例模式】全解，单例模式实现方式，暴力打破单例模式与解决方案，你真的认识单例模式吗？

文章目录

什么是单例模式
单例模式的应用场景
- 处理有线程冲突的资源
- 表示全局唯一类
单例模式的实现方式
- 1、饿汉式之静态常量
- 2、饿汉式之静态代码块
- 3、懒汉式之线程不安全方式（不推荐）
- 4、懒汉式之加锁方式（不推荐）
- 5、懒汉式之双重锁检查
- 6、静态内部类方式
- 7、枚举
- [8、Spring IOC容器](#8、Spring IOC容器 "#8Spring_IOC_343")
- 9、使用CAS实现
暴力打破单例模式的方式
如何实现线程唯一
实现多集群下的单例
实现一个多例模式
参考资料

全网最全最细的【设计模式】总目录，收藏起来慢慢啃，看完不懂砍我

什么是单例模式

单例设计模式（Singleton Design Pattern）理解起来非常简单。一个类只允许创建一个对象（或者实例），那这个类就是一个单例类，这种设计模式就叫作单例设计模式，简称单例模式。

单例模式中的"单例"概念其实有些笼统，很多博文中只介绍了一个进程内单例模式。其实单例模式有很多种，线程单例、进程单例、还是集群单例？

接下来咱们一起来学习学习吧~

单例模式的应用场景

处理有线程冲突的资源

java 复制代码

public class Logger {
  private FileWriter writer;
  
  public Logger() {
    File file = new File("/Users/log.txt");
    writer = new FileWriter(file, true); //true表示追加写入
  }
  
  public void log(String message) {
    writer.write(message);
  }
}

// Logger类的应用示例：
public class UserController {
  private Logger logger = new Logger();
  
  public void login(String username, String password) {
    // ...省略业务逻辑代码...
    logger.log(username + " logined!");
  }
}

public class OrderController {
  private Logger logger = new Logger();
  
  public void create(OrderVo order) {
    // ...省略业务逻辑代码...
    logger.log("Created an order: " + order.toString());
  }
}

如上记录日志的方式，两个请求同时写同一个日志文件，完全有可能造成日志被覆盖的情况，log.txt应该是共享资源。

对于线程不安全的问题，我们通常情况下都是加一把锁，但是此处加锁明显不是最优解，最好的办法就是将日志类定义为单例：

java 复制代码

public class Logger {
  private FileWriter writer;
  private static final Logger instance = new Logger();

  private Logger() {
    File file = new File("/Users/wangzheng/log.txt");
    writer = new FileWriter(file, true); //true表示追加写入
  }
  
  public static Logger getInstance() {
    return instance;
  }
  
  public void log(String message) {
    writer.write(mesasge);
  }
}

// Logger类的应用示例：
public class UserController {
  public void login(String username, String password) {
    // ...省略业务逻辑代码...
    Logger.getInstance().log(username + " logined!");
  }
}

public class OrderController {  
  public void create(OrderVo order) {
    // ...省略业务逻辑代码...
    Logger.getInstance().log("Created a order: " + order.toString());
  }
}

表示全局唯一类

比如说java的Runtime类就是使用饿汉式实现的单例，表示全局唯一，一个进程中只能存在一个对象。

java 复制代码

public class Runtime {
    private static Runtime currentRuntime = new Runtime();

    /**
     * Returns the runtime object associated with the current Java application.
     * Most of the methods of class <code>Runtime</code> are instance
     * methods and must be invoked with respect to the current runtime object.
     *
     * @return  the <code>Runtime</code> object associated with the current
     *          Java application.
     */
    public static Runtime getRuntime() {
        return currentRuntime;
    }

    /** Don't let anyone else instantiate this class */
    private Runtime() {}

	// other code...
}

单例模式的实现方式

1、饿汉式之静态常量

饿汉式就是在JVM加载这个类的时候就直接创建出该单例对象。

java 复制代码

/**
 * 饿汉式单例模式（静态变量）
 * 1.构造器私有化
 * 2.本类内部创建对象实例
 * 3.提供一个公有的静态方法，返回实例对象
 **/
public class Hungry {

    private Hungry() {

    }

    private final static Hungry HUNGRY = new Hungry();

    public static Hungry getInstance() {
        return HUNGRY;
    }
}

2、饿汉式之静态代码块

静态代码块的方式与静态常量的方式其实是一样的，都是在类加载的时候直接初始化。

java 复制代码

/**
 * 静态代码块饿汉式
 **/
public class Hungry2 {

    private Hungry2() {

    }

    private static Hungry2 uniqueInstance;

    // 在静态代码块中创建单例对象
    static {
        uniqueInstance = new Hungry2();
    }


    public static Hungry2 getInstance() {
        return uniqueInstance;
    }
}

有人觉得这种实现方式不好，因为不支持延迟加载，如果实例占用资源多（比如占用内存多）或初始化耗时长（比如需要加载各种配置文件），提前初始化实例是一种浪费资源的行为。最好的方法应该在用到的时候再去初始化。不过，我个人并不认同这样的观点。

如果初始化耗时长，那我们最好不要等到真正要用它的时候，才去执行这个耗时长的初始化过程，这会影响到系统的性能（比如，在响应客户端接口请求的时候，做这个初始化操作，会导致此请求的响应时间变长，甚至超时）。采用饿汉式实现方式，将耗时的初始化操作，提前到程序启动的时候完成，这样就能避免在程序运行的时候，再去初始化导致的性能问题。

如果实例占用资源多，按照 fail-fast 的设计原则（有问题及早暴露），那我们也希望在程序启动时就将这个实例初始化好。如果资源不够，就会在程序启动的时候触发报错（比如 Java 中的 PermGen Space OOM），我们可以立即去修复。这样也能避免在程序运行一段时间后，突然因为初始化这个实例占用资源过多，导致系统崩溃，影响系统的可用性。

3、懒汉式之线程不安全方式（不推荐）

懒汉式其实就是懒加载的方式。

java 复制代码

/**
 **/
public class LazyMan{

    // 创建一个静态变量来记录Singeleton类的唯一实例
    private static LazyMan uniqueInstance;

    // 私有化构造器，保证只有Singelton类内才可以调用
    private LazyMan() {}

    public static LazyMan getInstance() {

        if (uniqueInstance == null) {
            uniqueInstance = new LazyMan();
        }

        return uniqueInstance;
    }
}

上面的代码我们很明显的可以看出，单线程下似乎没有什么问题，但是多线程下，多个线程同时执行到if (uniqueInstance == null) ，就有可能创建出多个实例。

4、懒汉式之加锁方式（不推荐）

java 复制代码

/**
 * 懒汉式单例模式，效率低
 **/
public class LazyMan2 {

    private static LazyMan2 uniqueInstance;

    private LazyMan2 () { }

    // 通过synchronized在静态方法上加锁，使得每个线程在进入这个方法前都要等待其他线程的离开
    public static synchronized LazyMan2 getInstance() {

        if (uniqueInstance == null) {

            uniqueInstance = new LazyMan2();
        }

        return uniqueInstance;
    }
}

虽然多线程下安全了，但是加入了synchronized 锁，每次获取对象都要加一把锁，严重降低了性能。

5、懒汉式之双重锁检查

java 复制代码

/**
 7. 懒汉式单例模式
 8. 双重检测锁: 效率高、线程安全且避免了内存浪费，但是不易理解（对新手不太友好）
 **/
public class LazyMan4 {
	
	// volatile关键字可以确保uniqueInstance变量被初始化成LazyMan4实例时，多个线程正确处理uniqueInstance变量。
    private volatile static LazyMan4 uniqueInstance;

    private LazyMan4() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is ok");
    }

    public static LazyMan4 getInstance() {
		
		// 判断后续线程是否需要继续加锁
        if (uniqueInstance == null) {

            // 试图通过减少同步代码块的方式提高效率
            synchronized (LazyMan4.class) {
                // 在给实例对象uniqueInstance赋值时，再判断一次是否为空
                if (uniqueInstance == null) {
                    uniqueInstance = new LazyMan4();
                }
            }
        }

        return uniqueInstance;
    }
}

该方式引入了volatile轻量级锁，相对于直接使用synchronized来说的确是提升了性能，并且只有第一次初始化的时候才会使用到synchronized ，后续只需要返回实例对象即可。

关于volatile的使用这里就不赘述了。

6、静态内部类方式

java 复制代码

public class Singleton5 {

    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton5 INSTANCE = new Singleton5();
    }

    private Singleton5() {}

    public static Singleton5 getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }

}

静态内部类方式可以轻松实现懒加载+线程安全（JVM类装载外部类的时候不会装载内部类）。

7、枚举

枚举天然就是一个单例的，也是Java四大名著中《Effective Java》里面的推荐写法。

java 复制代码

/**
 * 枚举自带单例模式
 **/
public enum EnumSingleton {

    INSTANCE;

    public static EnumSingleton getInstance() {

        return INSTANCE;
    }

}

我们来研究一下枚举的底层实现，我们在再一次点开枚举继承的抽象类Enum的底层源码，并且找到其中的valueOf()方法：

java 复制代码

public static <T extends Enum<T>> T valueOf(Class<T> enumType,
                                                String name) {
	T result = enumType.enumConstantDirectory().get(name);
	if (result != null)
		return result;
	if (name == null)
		throw new NullPointerException("Name is null");
	throw new IllegalArgumentException(
		"No enum constant " + enumType.getCanonicalName() + "." + name);
}

我们继续看这一行代码：

java 复制代码

T result = enumType.enumConstantDirectory().get(name);

java 复制代码

Map<String, T> enumConstantDirectory() {
	if (enumConstantDirectory == null) {
		T[] universe = getEnumConstantsShared();
		if (universe == null)
			throw new IllegalArgumentException(
				getName() + " is not an enum type");
		Map<String, T> m = new HashMap<>(2 * universe.length);
		for (T constant : universe)
			m.put(((Enum<?>)constant).name(), constant);
		enumConstantDirectory = m;
		}
	return enumConstantDirectory;
}
private volatile transient Map<String, T> enumConstantDirectory = null;

这个时候我们会发现枚举常量字典enumConstantDirectory为Map<String, T>类型，其中key为String类型，而value是一个泛型对象。其中key就是由我们自定义的，如上文中的INSTANCE;。所以，枚举是通过这个String类型的key，去拿到这个value，这才保证了单例模式的实现。但是我们发现了枚举常量字典中的常量二字。既然是常量的话，那么就意味着在类加载的时候就会赋值。这个时候，我们尴尬的发现，我们又回到了最初的起点 ---> 饿汉式单例模式，JVM加载类的时候就初始化完成了。

8、Spring IOC容器

使用Spring容器可以完美实现单例模式。

大致的逻辑参考如下：

java 复制代码

/**
 * 注册式单例，Spring中的做法
 **/
public class ContainerSingleton {

    // 私有化构造器
    private ContainerSingleton() {

    }

    // 声明一个Map
    private static Map<String, Object> ioc = new ConcurrentHashMap<String, Object>();

    public static Object getInstance(String className) {
        synchronized (ioc) {
            if (!ioc.containsKey(className)) {
                // 如果map中不存在这个全限定类名的key，那么需要放入新的数据
                Object obj = null;
                try {
                    // 利用全限定类名获取反射对象，再实现类的实例化
                    obj = Class.forName(className).newInstance();
                    // 把全限定类名以及对象，以key-vaule的形式放入map中
                    ioc.put(className, obj);
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                return obj;
            } else {
                // 如果map中存在这个全限定类名的key,直接通过这个key返回对应的对象
                return ioc.get(className);
            }
        }
    }
}

我们在Spring中使用起来也非常的方便，具体请查阅Spring中Bean的创建方式。

9、使用CAS实现

java 复制代码

public class Singleton9 {

    private static final AtomicReference<Singleton9> INSTANCE = new AtomicReference<Singleton9>();

    private Singleton9() {
    }

    public static Singleton9 getInstance() {
        for (; ; ) {
            Singleton9 current = INSTANCE.get();

            if (current != null) {
                return current;
            }

            current = new Singleton9();

            if (INSTANCE.compareAndSet(null, current)) {
                return current;
            }
        }
    }

}

该方式用的比较少，写法比较麻烦，但是也算是一种方式。

暴力打破单例模式的方式

1、反射打破饿汉式的方式

java 复制代码

import java.lang.reflect.Constructor;
 
/**
 * 反射：程序运行阶段，获取某一个类的所有属性和方法
 * 所以 反射是对单例模式起到破坏的作用
 * 下面以饿汉式为例，进行演示
 */
public class DestroySingleton {
    public static void main(String [] args){
        /*反射对单例模式的破坏*/
        //1、获取类对象
        Class<Singleton_1> singleton_1Class = Singleton_1.class;
        //2、获取私有的构造方法
        try {
            Constructor<Singleton_1> declaredConstructor = singleton_1Class.getDeclaredConstructor();
            //3、取消Java语言的访问检查 暴力访问
            declaredConstructor.setAccessible(true);
            //4、通过构造 创建对象
            Singleton_1 singleton_1 = declaredConstructor.newInstance();
            Singleton_1 singleton_2 = declaredConstructor.newInstance();
            System.out.println(singleton_1 == singleton_2);
 
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
 
 
    }
}
//饿汉式 单例模式
class Singleton_1{
    //构造方法私有
    private Singleton_1(){
        
    };
    //属性私有
    private static Singleton_1 singleton_1 = new Singleton_1();
    //提供对外的访问方法
    public static Singleton_1 getInstance(){
        return singleton_1;
    }
}

我们可以发现以上代码可以打破单例模式。

如何解决这种情况呢？我们可以在私有构造方法中加入判断：

java 复制代码

//饿汉式 单例模式
class Singleton_1{
    //构造方法私有
    private Singleton_1(){
        //防止反射对单例模式的破坏
        if (singleton_1 != null){
            throw new RuntimeException("不允许反射访问。。。");
        }
    };
    //属性私有
    private static Singleton_1 singleton_1 = new Singleton_1();
    //提供对外的访问方法
    public static Singleton_1 getInstance(){
        return singleton_1;
    }
}

再次通过反射创建单例的时候，会直接抛出异常了~

2、通过序列化打破饿汉式的方式

java 复制代码

import java.io.*;
public class DestroySingleton {
    public static void main(String [] args){
        /*序列化对单例模式的破坏*/
        Singleton_1 s1 = null;
        Singleton_1 s2 = Singleton_1.getInstance();

        FileOutputStream fos = null;
        try {

            fos = new FileOutputStream("E:\\Singleton_1.obj");
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
            oos.writeObject(s2);
            oos.flush();
            oos.close();

            FileInputStream fis = new FileInputStream("E:\\Singleton_1.obj");
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
            s1 = (Singleton_1) ois.readObject();
            ois.close();

            System.out.println(s1);
            System.out.println(s2);
            System.out.println(s1 == s2);

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

 
    }
}
//饿汉式 单例模式，序列化破解的方式只有实现Serializable才可以
class Singleton_1 implements Serializable {
    //构造方法私有
    private Singleton_1(){
        //防止反射对单例模式的破坏，为了线程安全可以引入synchronized 锁定这里
        if (singleton_1 != null){
            throw new RuntimeException("不允许反射访问。。。");
        }
    };
    //属性私有
    private static Singleton_1 singleton_1 = new Singleton_1();
    //提供对外的访问方法
    public static Singleton_1 getInstance(){
        return singleton_1;
    }
}

我们发现，序列化方式打破单例更加暴力，即使在构造方法抛出异常也不能规避。

如何解决呢？我们只要加上readResolve()方法即可，来看优化后的代码：

java 复制代码

//饿汉式 单例模式，序列化破解的方式只有实现Serializable才可以
class Singleton_1 implements Serializable {
    //构造方法私有
    private Singleton_1(){
        //防止反射对单例模式的破坏
        if (singleton_1 != null){
            throw new RuntimeException("不允许反射访问。。。");
        }
    };
    //属性私有
    private static Singleton_1 singleton_1 = new Singleton_1();
    //提供对外的访问方法
    public static Singleton_1 getInstance(){
        return singleton_1;
    }

    // 具体原理就是 ObjectInputStream类的readObject()方法，感兴趣可以研究研究。
    private Object readResolve(){
        return singleton_1;
    }
}

虽然增加了readResolve()方法返回实例解决了单例模式破坏的问题，但是实际上实例化了两次，只不过新创建的对象没有返回而已，如果创建对象的动作发生频率加快，就意味着内存分配也会随之增大。

3、通过反射打破懒汉式的方式

上面我们通过反射打破饿汉式，通过在构造方法抛异常的方式可以解决。

那么这种方式可以解决懒汉式的这种问题吗？

java 复制代码

import java.lang.reflect.Constructor;

public class DestroySingleton {
    public static void main(String[] args) {
        /*反射对单例模式的破坏*/
        //1、获取类对象
        Class<Singleton_1> singleton_1Class = Singleton_1.class;
        //2、获取私有的构造方法
        try {
            Constructor<Singleton_1> declaredConstructor = singleton_1Class.getDeclaredConstructor();
            //3、取消Java语言的访问检查 暴力访问
            declaredConstructor.setAccessible(true);
            //4、通过构造 创建对象
            Singleton_1 singleton_1 = declaredConstructor.newInstance();
            Singleton_1 singleton_2 = declaredConstructor.newInstance();
            System.out.println(singleton_1 == singleton_2);

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }


    }
}

//懒汉式 单例模式
class Singleton_1 {
    //构造方法私有
    private Singleton_1() {
        //防止反射对单例模式的破坏
        if (singleton_1 != null) {
            throw new RuntimeException("不允许反射访问。。。");
        }
    }

    //属性私有
    private volatile static Singleton_1 singleton_1;

    //提供对外的访问方法
    public static Singleton_1 getInstance() {
        // 判断后续线程是否需要继续加锁
        if (singleton_1 == null) {

            // 试图通过减少同步代码块的方式提高效率
            synchronized (Singleton_1.class) {
                // 在给实例对象uniqueInstance赋值时，再判断一次是否为空
                if (singleton_1 == null) {
                    singleton_1 = new Singleton_1();
                }
            }
        }

        return singleton_1;
    }
}

我们发现执行结果是false，并不会解决这个问题。

要想彻底不想通过反射打破懒汉式的单例，解决起来还是很麻烦的，这里就不深入追究了（可以加个内部变量等方法）。

4、通过序列化打破懒汉式的方式

序列化方式打破懒汉式也是很暴力，

解决办法跟饿汉式一样，加一个readResolve方法。

java 复制代码

private Object readResolve(){
    return singleton_1;
}

5、通过反射打破静态内部类的方式

java 复制代码

import java.lang.reflect.Constructor;

/**
 * 静态内部类
 * 1.类装载的时候，静态内部类是不会被装载（懒加载，以外部类的装载不会导致内部类的装载）
 * 2.当调用getInstance()方法的时候，会导致静态内部类被装载，而且只会被装载一次
 * 3.在装载的时候线程是安全的。（JVM底层类装载机制）
 **/
public class Holder {
	
	// 私有化构造器
    private Holder() {

    }
	
	// 提供一个全局访问点，返回静态内部类中的静态常量
    public static Holder getInstance() {
        return InnerClass.HOLDER;
    }
	
	// 在静态内部类中创建一个静态常量并将一个外部类的实例赋值给它。
    public static class InnerClass {
        private static final Holder HOLDER = new Holder();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 用提供的唯一全局访问点获取实例对象
        Holder instance = Holder.getInstance();
        // 获取Holder的反射对象
        Class<Holder> clazz = Holder.class;
        // 通过反射对象获取Holder的构造器
        Constructor<Holder> declaredConstructor = clazz.getDeclaredConstructor();
        // 私有访问授权
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        // 创建Holder的实例对象
        Holder instance2 = declaredConstructor.newInstance();
        System.out.println(instance == instance2);
    }

}

我们发现可以使用反射轻松打破。

此时我们可以在私有构造方法中加判断：

java 复制代码

public class Holder {
	
	// 私有化构造器
    private Holder() {
        // 为了线程安全，可以加synchronized锁
        if (InnerClass.HOLDER != null) {
            throw new RuntimeException("小朋友，不要试图用反射搞破坏!");
        }
    }
	
	// 提供一个全局访问点，返回静态内部类中的静态常量
    public static Holder getInstance() {
        return InnerClass.HOLDER;
    }
	
	// 在静态内部类中创建一个静态常量并将一个外部类的实例赋值给它。
    public static class InnerClass {
        private static final Holder HOLDER = new Holder();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 获取Holder的反射对象
        Class<Holder> clazz = Holder.class;
        // 通过反射对象获取Holder的构造器
        Constructor<Holder> declaredConstructor = clazz.getDeclaredConstructor();
        // 私有访问授权
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        // 创建Holder的实例对象
        Holder instance2 = declaredConstructor.newInstance();
        Holder instance3 = declaredConstructor.newInstance();
        System.out.println(instance3 == instance2);
    }

}

这种写法虽然干脆利落，却直接封杀了反射的可能性，甚至通过反射来第一次获取单例对象都不可以了，只能通过getInstance方法来获取。

6、通过反射破坏枚举

java 复制代码

public enum EnumSingleton {

    INSTANCE;

    public static EnumSingleton getInstance() {

        return INSTANCE;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 获取枚举EnumSingleton的反射对象
        Class<EnumSingleton> clazz = EnumSingleton.class;
        // 利用反射对象获取EnumSingleton的构造器
        Constructor<EnumSingleton> declaredConstructor = clazz.getDeclaredConstructor();
        // 私有访问授权
        declaredConstructor.setAccessible(true);
        // 利用反射获得的构造器实现EnumSingleton的实例化
        EnumSingleton instance = declaredConstructor.newInstance();
    }

}

我们执行一下发现，竟然直接报错了！

查看反射创建对象newInstance()方法的底层源码：

java 复制代码

    @CallerSensitive
    public T newInstance(Object ... initargs)
        throws InstantiationException, IllegalAccessException,
               IllegalArgumentException, InvocationTargetException
    {
        if (!override) {
            if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {
                Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
                checkAccess(caller, clazz, null, modifiers);
            }
        }
        if ((clazz.getModifiers() & Modifier.ENUM) != 0)
            throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");
        ConstructorAccessor ca = constructorAccessor;   // read volatile
        if (ca == null) {
            ca = acquireConstructorAccessor();
        }
        @SuppressWarnings("unchecked")
        T inst = (T) ca.newInstance(initargs);
        return inst;
    }

关键代码：

java 复制代码

if ((clazz.getModifiers() & Modifier.ENUM) != 0)
    throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");

但是，为什么提示我们java.lang.NoSuchMethodException呢？

我们查看一下枚举继承的抽象类Enum的底层源码，发现其中会有这么一个带双参的构造方法，而不是无参：

java 复制代码

 protected Enum(String name, int ordinal) {
	this.name = name;
	this.ordinal = ordinal;
}

哦，那我们利用反射获取这个双参的构造方法就好了。再次修改代码如下：

java 复制代码

public static void main(String[] args) throws Exception {
    // 获取枚举EnumSingleton的反射对象
    Class<EnumSingleton> clazz = EnumSingleton.class;
    // 利用反射对象获取EnumSingleton的构造器
    Constructor<EnumSingleton> declaredConstructor = clazz.getDeclaredConstructor(String.class, int.class);
    // 私有访问授权
    declaredConstructor.setAccessible(true);
    // 利用反射获得的构造器实现EnumSingleton的实例化
    EnumSingleton instance = declaredConstructor.newInstance("ccc", 666);
}

获取到我们想要的异常啦！

所以，枚举实现起来又方便又安全，推荐这种方式！

如何实现线程唯一

"进程唯一"指的是进程内唯一，进程间不唯一。类比一下，"线程唯一"指的是线程内唯一，线程间可以不唯一。实际上，"进程唯一"还代表了线程内、线程间都唯一，这也是"进程唯一"和"线程唯一"的区别之处。

本文以上都是实现的是"进程唯一"，那如何实现"线程唯一"呢？

java 复制代码

public class IdGenerator {
  private AtomicLong id = new AtomicLong(0);

  private static final ConcurrentHashMap<Long, IdGenerator> instances
          = new ConcurrentHashMap<>();

  private IdGenerator() {}

  public static IdGenerator getInstance() {
    Long currentThreadId = Thread.currentThread().getId();
    instances.putIfAbsent(currentThreadId, new IdGenerator());
    return instances.get(currentThreadId);
  }

  public long getId() {
    return id.incrementAndGet();
  }
}

以上代码是使用Map，我们都知道每一个线程都有一个唯一的id，我们用key为线程的Id，就可以实现线程唯一的单例啦！

还有一种方式是，ThreadLocal会为每一个线程提供一个独立的变量副本，从而隔离了多个线程对数据的访问冲突。对于多线程资源共享的问题，同步机制采用了"以时间换空间"的方式，而ThreadLocal采用了"以空间换时间"的方式。前者仅提供一份变量，让不同的线程排队访问，而后者为每一个线程都提供了一份变量，因此可以同时访问而互不影响。

java 复制代码

public class Singleton8 {

    private static final ThreadLocal<Singleton8> tlSingleton = new ThreadLocal<Singleton8>() {
        @Override
        protected Singleton8 initialValue() {
            return new Singleton8();
        }
    };

    private Singleton8() {}

    public static Singleton8 getInstance() {
        return tlSingleton.get();
    }
    
}

实现多集群下的单例

那恐怕只能使用redis、数据库等，将单例对象存放在公共的资源中了。

实现一个多例模式

"单例"指的是，一个类只能创建一个对象。对应地，"多例"指的就是，一个类可以创建多个对象，但是个数是有限制的，比如只能创建 3 个对象。如果用代码来简单示例一下的话，就是下面这个样子：

java 复制代码

public class BackendServer {
  private long serverNo;
  private String serverAddress;

  private static final int SERVER_COUNT = 3;
  private static final Map<Long, BackendServer> serverInstances = new HashMap<>();

  static {
    serverInstances.put(1L, new BackendServer(1L, "192.134.22.138:8080"));
    serverInstances.put(2L, new BackendServer(2L, "192.134.22.139:8080"));
    serverInstances.put(3L, new BackendServer(3L, "192.134.22.140:8080"));
  }

  private BackendServer(long serverNo, String serverAddress) {
    this.serverNo = serverNo;
    this.serverAddress = serverAddress;
  }

  public BackendServer getInstance(long serverNo) {
    return serverInstances.get(serverNo);
  }

  public BackendServer getRandomInstance() {
    Random r = new Random();
    int no = r.nextInt(SERVER_COUNT)+1;
    return serverInstances.get(no);
  }
}

实际上，对于多例模式，还有一种理解方式：同一类型的只能创建一个对象，不同类型的可以创建多个对象。这里的"类型"如何理解呢？

我们还是通过一个例子来解释一下，具体代码如下所示。在代码中，logger name 就是刚刚说的"类型"，同一个 logger name 获取到的对象实例是相同的，不同的 logger name 获取到的对象实例是不同的。

java 复制代码

public class Logger {
  private static final ConcurrentHashMap<String, Logger> instances
          = new ConcurrentHashMap<>();

  private Logger() {}

  public static Logger getInstance(String loggerName) {
    instances.putIfAbsent(loggerName, new Logger());
    return instances.get(loggerName);
  }

  public void log() {
    //...
  }
}

//l1==l2, l1!=l3
Logger l1 = Logger.getInstance("User.class");
Logger l2 = Logger.getInstance("User.class");
Logger l3 = Logger.getInstance("Order.class");

这种多例模式的理解方式有点类似工厂模式。它跟工厂模式的不同之处是，多例模式创建的对象都是同一个类的对象，而工厂模式创建的是不同子类的对象。实际上，它还有点类似享元模式，两者的区别等到我们讲到享元模式的时候再来分析。除此之外，实际上，枚举类型也相当于多例模式，一个类型只能对应一个对象，一个类可以创建多个对象。

参考资料

blog.csdn.net/Qizhi_Hu/ar...

王争老师《设计模式之美》
blog.csdn.net/mnimxq/arti...