深入探索單例模式，真不簡單

作者：蘇三說技術 2021-10-19 08:20:47

開發前端

單例模式無論在我們面試，還是日常工作中，都會面對的問題。但很多單例模式的細節，值得我們深入探索一下。這篇文章透過單例模式，串聯了多方面基礎知識，非常值得一讀。

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前言

單例模式無論在我們面試，還是日常工作中，都會面對的問題。但很多單例模式的細節，值得我們深入探索一下。

這篇文章透過單例模式，串聯了多方面基礎知識，非常值得一讀。

1 什么是單例模式?

單例模式是一種非常常用的軟件設計模式，它定義是單例對象的類只能允許一個實例存在。

該類負責創建自己的對象，同時確保只有一個對象被創建。一般常用在工具類的實現或創建對象需要消耗資源的業務場景。

單例模式的特點：

類構造器私有
持有自己類的引用
對外提供獲取實例的靜態方法

我們先用一個簡單示例了解一下單例模式的用法。

public class SimpleSingleton { 
    //持有自己類的引用 
    private static final SimpleSingleton INSTANCE = new SimpleSingleton(); 
 
    //私有的構造方法 
    private SimpleSingleton() { 
    } 
    //對外提供獲取實例的靜態方法 
    public static SimpleSingleton getInstance() { 
        return INSTANCE; 
    } 
     
    public static void main(String[] args) { 
        System.out.println(SimpleSingleton.getInstance().hashCode()); 
        System.out.println(SimpleSingleton.getInstance().hashCode()); 
    } 
}

打印結果：

1639705018 
1639705018

我們看到兩次獲取SimpleSingleton實例的hashCode是一樣的，說明兩次調用獲取到的是同一個對象。

可能很多朋友平時工作當中都是這么用的，但我要說這段代碼是有問題的，你會相信嗎?

不信，我們一起往下看。

2 餓漢和懶漢模式

在介紹單例模式的時候，必須要先介紹它的兩種非常著名的實現方式：餓漢模式和懶漢模式。

2.1 餓漢模式

實例在初始化的時候就已經建好了，不管你有沒有用到，先建好了再說。具體代碼如下：

public class SimpleSingleton { 
    //持有自己類的引用 
    private static final SimpleSingleton INSTANCE = new SimpleSingleton(); 
 
    //私有的構造方法 
    private SimpleSingleton() { 
    } 
    //對外提供獲取實例的靜態方法 
    public static SimpleSingleton getInstance() { 
        return INSTANCE; 
    } 
}

餓漢模式，其實還有一個變種：

public class SimpleSingleton { 
    //持有自己類的引用 
    private static final SimpleSingleton INSTANCE; 
    static { 
       INSTANCE = new SimpleSingleton(); 
    } 
 
    //私有的構造方法 
    private SimpleSingleton() { 
    } 
    //對外提供獲取實例的靜態方法 
    public static SimpleSingleton getInstance() { 
        return INSTANCE; 
    } 
}

使用靜態代碼塊的方式實例化INSTANCE對象。

使用餓漢模式的好處是：沒有線程安全的問題，但帶來的壞處也很明顯。

private static final SimpleSingleton INSTANCE = new SimpleSingleton();

一開始就實例化對象了，如果實例化過程非常耗時，并且最后這個對象沒有被使用，不是白白造成資源浪費嗎?

還真是啊。

這個時候你也許會想到，不用提前實例化對象，在真正使用的時候再實例化不就可以了?

這就是我接下來要介紹的：懶漢模式。

2.2 懶漢模式

顧名思義就是實例在用到的時候才去創建，“比較懶”，用的時候才去檢查有沒有實例，如果有則返回，沒有則新建。具體代碼如下：

public class SimpleSingleton2 { 
 
    private static SimpleSingleton2 INSTANCE; 
 
    private SimpleSingleton2() { 
    } 
 
    public static SimpleSingleton2 getInstance() { 
        if (INSTANCE == null) { 
            INSTANCE = new SimpleSingleton2(); 
        } 
        return INSTANCE; 
    } 
}

示例中的INSTANCE對象一開始是空的，在調用getInstance方法才會真正實例化。

嗯，不錯不錯。但這段代碼還是有問題。

2.3 synchronized關鍵字

上面的代碼有什么問題?

答：假如有多個線程中都調用了getInstance方法，那么都走到 if (INSTANCE == null) 判斷時，可能同時成立，因為INSTANCE初始化時默認值是null。這樣會導致多個線程中同時創建INSTANCE對象，即INSTANCE對象被創建了多次，違背了只創建一個INSTANCE對象的初衷。

那么，要如何改進呢?

答：最簡單的辦法就是使用synchronized關鍵字。

改進后的代碼如下：

public class SimpleSingleton3 { 
    private static SimpleSingleton3 INSTANCE; 
 
    private SimpleSingleton3() { 
    } 
 
    public synchronized static SimpleSingleton3 getInstance() { 
        if (INSTANCE == null) { 
            INSTANCE = new SimpleSingleton3(); 
        } 
        return INSTANCE; 
    } 
    public static void main(String[] args) { 
        System.out.println(SimpleSingleton3.getInstance().hashCode()); 
        System.out.println(SimpleSingleton3.getInstance().hashCode()); 
    } 
}

在getInstance方法上加synchronized關鍵字，保證在并發的情況下，只有一個線程能創建INSTANCE對象的實例。

這樣總可以了吧?

答：不好意思，還是有問題。

有什么問題?

答：使用synchronized關鍵字會消耗getInstance方法的性能，我們應該判斷當INSTANCE為空時才加鎖，如果不為空不應該加鎖，需要直接返回。

這就需要使用下面要說的雙重檢查鎖了。

2.4 餓漢和懶漢模式的區別

but，在介紹雙重檢查鎖之前，先插播一個朋友們可能比較關心的話題：餓漢模式和懶漢模式各有什么優缺點?

餓漢模式：優點是沒有線程安全的問題，缺點是浪費內存空間。
懶漢模式：優點是沒有內存空間浪費的問題，缺點是如果控制不好，實際上不是單例的。

好了，下面可以安心的看看雙重檢查鎖，是如何保證性能的，同時又保證單例的。

3 雙重檢查鎖

雙重檢查鎖顧名思義會檢查兩次：在加鎖之前檢查一次是否為空，加鎖之后再檢查一次是否為空。

那么，它是如何實現單例的呢?

3.1 如何實現單例?

具體代碼如下：

public class SimpleSingleton4 { 
 
    private static SimpleSingleton4 INSTANCE; 
 
    private SimpleSingleton4() { 
    } 
 
    public static SimpleSingleton4 getInstance() { 
        if (INSTANCE == null) { 
            synchronized (SimpleSingleton4.class) { 
                if (INSTANCE == null) { 
                    INSTANCE = new SimpleSingleton4(); 
                } 
            } 
        } 
        return INSTANCE; 
    } 
}

在加鎖之前判斷是否為空，可以確保INSTANCE不為空的情況下，不用加鎖，可以直接返回。

為什么在加鎖之后，還需要判斷INSTANCE是否為空呢?

答：是為了防止在多線程并發的情況下，只會實例化一個對象。

比如：線程a和線程b同時調用getInstance方法，假如同時判斷INSTANCE都為空，這時會同時進行搶鎖。

假如線程a先搶到鎖，開始執行synchronized關鍵字包含的代碼，此時線程b處于等待狀態。

線程a創建完新實例了，釋放鎖了，此時線程b拿到鎖，進入synchronized關鍵字包含的代碼，如果沒有再判斷一次INSTANCE是否為空，則可能會重復創建實例。

所以需要在synchronized前后兩次判斷。

不要以為這樣就完了，還有問題呢?

3.2 volatile關鍵字

上面的代碼還有啥問題?

public static SimpleSingleton4 getInstance() { 
      if (INSTANCE == null) {//1 
          synchronized (SimpleSingleton4.class) {//2 
              if (INSTANCE == null) {//3 
                  INSTANCE = new SimpleSingleton4();//4 
              } 
          } 
      } 
      return INSTANCE;//5 
  }

getInstance方法的這段代碼，我是按1、2、3、4、5這種順序寫的，希望也按這個順序執行。

但是java虛擬機實際上會做一些優化，對一些代碼指令進行重排。重排之后的順序可能就變成了：1、3、2、4、5，這樣在多線程的情況下同樣會創建多次實例。重排之后的代碼可能如下：

public static SimpleSingleton4 getInstance() { 
    if (INSTANCE == null) {//1 
       if (INSTANCE == null) {//3 
           synchronized (SimpleSingleton4.class) {//2 
                INSTANCE = new SimpleSingleton4();//4 
            } 
        } 
    } 
    return INSTANCE;//5 
}

原來如此，那有什么辦法可以解決呢?

答：可以在定義INSTANCE是加上volatile關鍵字。具體代碼如下：

public class SimpleSingleton7 { 
 
    private volatile static SimpleSingleton7 INSTANCE; 
 
    private SimpleSingleton7() { 
    } 
 
    public static SimpleSingleton7 getInstance() { 
        if (INSTANCE == null) { 
            synchronized (SimpleSingleton7.class) { 
                if (INSTANCE == null) { 
                    INSTANCE = new SimpleSingleton7(); 
                } 
            } 
        } 
        return INSTANCE; 
    } 
}

volatile關鍵字可以保證多個線程的可見性，但是不能保證原子性。同時它也能禁止指令重排。

雙重檢查鎖的機制既保證了線程安全，又比直接上鎖提高了執行效率，還節省了內存空間。

除了上面的單例模式之外，還有沒有其他的單例模式?

4 靜態內部類

靜態內部類顧名思義是通過靜態的內部類來實現單例模式的。

那么，它是如何實現單例的呢?

4.1 如何實現單例模式?

具體代碼如下：

public class SimpleSingleton5 { 
 
    private SimpleSingleton5() { 
    } 
 
    public static SimpleSingleton5 getInstance() { 
        return Inner.INSTANCE; 
    } 
 
    private static class Inner { 
        private static final SimpleSingleton5 INSTANCE = new SimpleSingleton5(); 
    } 
}

我們看到在SimpleSingleton5類中定義了一個靜態的內部類Inner。在SimpleSingleton5類的getInstance方法中，返回的是內部類Inner的實例INSTANCE對象。

只有在程序第一次調用getInstance方法時，虛擬機才加載Inner并實例化INSTANCE對象。

java內部機制保證了，只有一個線程可以獲得對象鎖，其他的線程必須等待，保證對象的唯一性。

4.2 反射漏洞

上面的代碼看似完美，但還是有漏洞。如果其他人使用反射，依然能夠通過類的無參構造方式創建對象。例如：

Class<SimpleSingleton5> simpleSingleton5Class = SimpleSingleton5.class; 
try { 
    SimpleSingleton5 newInstance = simpleSingleton5Class.newInstance(); 
    System.out.println(newInstance == SimpleSingleton5.getInstance()); 
} catch (InstantiationException e) { 
    e.printStackTrace(); 
} catch (IllegalAccessException e) { 
    e.printStackTrace(); 
}

上面代碼打印結果是false。

由此看出，通過反射創建的對象，跟通過getInstance方法獲取的對象，并非同一個對象，也就是說，這個漏洞會導致SimpleSingleton5非單例。

那么，要如何防止這個漏洞呢?

答：這就需要在無參構造方式中判斷，如果非空，則拋出異常了。

改造后的代碼如下：

public class SimpleSingleton5 { 
 
    private SimpleSingleton5() { 
        if(Inner.INSTANCE != null) { 
           throw new RuntimeException("不能支持重復實例化"); 
       } 
    } 
 
    public static SimpleSingleton5 getInstance() { 
        return Inner.INSTANCE; 
    } 
 
    private static class Inner { 
        private static final SimpleSingleton5 INSTANCE = new SimpleSingleton5(); 
        } 
    } 
 
}

如果此時，你認為這種靜態內部類，實現單例模式的方法，已經完美了。

那么，我要告訴你的是，你錯了，還有漏洞。。。

4.3 反序列化漏洞

眾所周知，java中的類通過實現Serializable接口，可以實現序列化。

我們可以把類的對象先保存到內存，或者某個文件當中。后面在某個時刻，再恢復成原始對象。

具體代碼如下：

public class SimpleSingleton5 implements Serializable { 
 
    private SimpleSingleton5() { 
        if (Inner.INSTANCE != null) { 
            throw new RuntimeException("不能支持重復實例化"); 
        } 
    } 
 
    public static SimpleSingleton5 getInstance() { 
        return Inner.INSTANCE; 
    } 
 
    private static class Inner { 
        private static final SimpleSingleton5 INSTANCE = new SimpleSingleton5(); 
    } 
 
    private static void writeFile() { 
        FileOutputStream fos = null; 
        ObjectOutputStream oos = null; 
        try { 
            SimpleSingleton5 simpleSingleton5 = SimpleSingleton5.getInstance(); 
            fos = new FileOutputStream(new File("test.txt")); 
            oos = new ObjectOutputStream(fos); 
            oos.writeObject(simpleSingleton5); 
            System.out.println(simpleSingleton5.hashCode()); 
        } catch (FileNotFoundException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } catch (IOException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } finally { 
            if (oos != null) { 
                try { 
                    oos.close(); 
                } catch (IOException e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } 
            } 
            if (fos != null) { 
                try { 
                    fos.close(); 
                } catch (IOException e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } 
            } 
 
        } 
    } 
 
    private static void readFile() { 
        FileInputStream fis = null; 
        ObjectInputStream ois = null; 
        try { 
            fis = new FileInputStream(new File("test.txt")); 
            ois = new ObjectInputStream(fis); 
            SimpleSingleton5 myObject = (SimpleSingleton5) ois.readObject(); 
 
            System.out.println(myObject.hashCode()); 
        } catch (FileNotFoundException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } catch (IOException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } catch (ClassNotFoundException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } finally { 
            if (ois != null) { 
                try { 
                    ois.close(); 
                } catch (IOException e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } 
            } 
            if (fis != null) { 
                try { 
                    fis.close(); 
                } catch (IOException e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } 
            } 
        } 
    } 
 
    public static void main(String[] args) { 
        writeFile(); 
        readFile(); 
    } 
}

運行之后，發現序列化和反序列化后對象的hashCode不一樣：

189568618 
793589513

說明，反序列化時創建了一個新對象，打破了單例模式對象唯一性的要求。

那么，如何解決這個問題呢?

答：重新readResolve方法。

在上面的實例中，增加如下代碼：

private Object readResolve() throws ObjectStreamException { 
    return Inner.INSTANCE; 
}

運行結果如下：

290658609 
290658609

我們看到序列化和反序列化實例對象的hashCode相同了。

做法很簡單，只需要在readResolve方法中，每次都返回唯一的Inner.INSTANCE對象即可。

程序在反序列化獲取對象時，會去尋找readResolve()方法。

如果該方法不存在，則直接返回新對象。
如果該方法存在，則按該方法的內容返回對象。
如果我們之前沒有實例化單例對象，則會返回null。

好了，到這來終于把坑都踩完了。

還是費了不少勁。

不過，我偷偷告訴你一句，其實還有更簡單的方法，哈哈哈。

納尼。。。

5 枚舉

其實在java中枚舉就是天然的單例，每一個實例只有一個對象，這是java底層內部機制保證的。

簡單的用法：

public enum  SimpleSingleton7 { 
    INSTANCE; 
     
    public void doSamething() { 
        System.out.println("doSamething"); 
    } 
}

在調用的地方：

public class SimpleSingleton7Test { 
 
    public static void main(String[] args) { 
        SimpleSingleton7.INSTANCE.doSamething(); 
    } 
}

在枚舉中實例對象INSTANCE是唯一的，所以它是天然的單例模式。

當然，在枚舉對象唯一性的這個特性，還能創建其他的單例對象，例如：

public enum  SimpleSingleton7 { 
    INSTANCE; 
     
    private Student instance; 
     
    SimpleSingleton7() { 
       instance = new Student(); 
    } 
     
    public Student getInstance() { 
       return instance; 
    } 
} 
 
class Student { 
}

jvm保證了枚舉是天然的單例，并且不存在線程安全問題，此外，還支持序列化。

在java大神Joshua Bloch的經典書籍《Effective Java》中說過：

單元素的枚舉類型已經成為實現Singleton的最佳方法。

6 多例模式

我們之前聊過的單例模式，都只會產生一個實例。但它其實還有一個變種，也就是我們接下來要聊的：多例模式。

多例模式顧名思義，它允許創建多個實例。但它的初衷是為了控制實例的個數，其他的跟單例模式差不多。

具體實現代碼如下：

public class SimpleMultiPattern { 
    //持有自己類的引用 
    private static final SimpleMultiPattern INSTANCE1 = new SimpleMultiPattern(); 
    private static final SimpleMultiPattern INSTANCE2 = new SimpleMultiPattern(); 
 
    //私有的構造方法 
    private SimpleMultiPattern() { 
    } 
    //對外提供獲取實例的靜態方法 
    public static SimpleMultiPattern getInstance(int type) { 
        if(type == 1) { 
          return INSTANCE1; 
        } 
        return INSTANCE2; 
    } 
}

為了看起來更直觀，我把一些額外的安全相關代碼去掉了。

有些朋友可能會說：既然多例模式也是為了控制實例數量，那我們常見的池技術，比如：數據庫連接池，是不是通過多例模式實現的?

答：不，它是通過享元模式實現的。

那么，多例模式和享元模式有什么區別?

多例模式：跟單例模式一樣，純粹是為了控制實例數量，使用這種模式的類，通常是作為程序某個模塊的入口。
享元模式：它的側重點是對象之間的銜接。它把動態的、會變化的狀態剝離出來，共享不變的東西。

7 真實使用場景

最后，跟大家一起聊聊，單例模式的一些使用場景。我們主要看看在java的框架中，是如何使用單例模式，給有需要的朋友一個參考。

7.1 Runtimejdk

提供了Runtime類，我們可以通過這個類獲取系統的運行狀態。

比如可以通過它獲取cpu核數：

int availableProcessors = Runtime.getRuntime().availableProcessors();

Runtime類的關鍵代碼如下：

public class Runtime { 
    private static Runtime currentRuntime = new Runtime(); 
     
    public static Runtime getRuntime() { 
        return currentRuntime; 
    } 
 
    private Runtime() {} 
    ... 
}

從上面的代碼我們可以看出，這是一個單例模式，并且是餓漢模式。

但根據文章之前講過的一些理論知識，你會發現Runtime類的這種單例模式實現方式，顯然不太好。實例對象既沒用final關鍵字修飾，也沒考慮對象實例化的性能消耗問題。

不過它的優點是實現起來非常簡單。

7.2 NamespaceHandlerResolver

spring提供的DefaultNamespaceHandlerResolver是為需要初始化默認命名空間處理器，是為了方便后面做標簽解析用的。

它的關鍵代碼如下：

@Nullable 
private volatile Map<String, Object> handlerMappings; 
 
private Map<String, Object> getHandlerMappings() { 
  Map<String, Object> handlerMappings = this.handlerMappings; 
  if (handlerMappings == null) { 
   synchronized (this) { 
    handlerMappings = this.handlerMappings; 
    if (handlerMappings == null) { 
     if (logger.isDebugEnabled()) { 
      logger.debug("Loading NamespaceHandler mappings from [" + this.handlerMappingsLocation + "]"); 
     } 
     try { 
      Properties mappings = 
        PropertiesLoaderUtils.loadAllProperties(this.handlerMappingsLocation, this.classLoader); 
      if (logger.isDebugEnabled()) { 
       logger.debug("Loaded NamespaceHandler mappings: " + mappings); 
      } 
      handlerMappings = new ConcurrentHashMap<>(mappings.size()); 
      CollectionUtils.mergePropertiesIntoMap(mappings, handlerMappings); 
      this.handlerMappings = handlerMappings; 
     } 
     catch (IOException ex) { 
      throw new IllegalStateException( 
        "Unable to load NamespaceHandler mappings from location [" + this.handlerMappingsLocation + "]", ex); 
     } 
    } 
   } 
  } 
  return handlerMappings; 
 }

我們看到它使用了雙重檢測鎖，并且還定義了一個局部變量handlerMappings，這是非常高明之處。

使用局部變量相對于不使用局部變量，可以提高性能。主要是由于 volatile 變量創建對象時需要禁止指令重排序，需要一些額外的操作。

7.3 LogFactory

mybatis提供LogFactory類是為了創建日志對象，根據引入的jar包，決定使用哪種方式打印日志。具體代碼如下：

public final class LogFactory { 
 
  public static final String MARKER = "MYBATIS"; 
 
  private static Constructor<? extends Log> logConstructor; 
 
  static { 
    tryImplementation(new Runnable() { 
      @Override 
      public void run() { 
        useSlf4jLogging(); 
      } 
    }); 
    tryImplementation(new Runnable() { 
      @Override 
      public void run() { 
        useCommonsLogging(); 
      } 
    }); 
    tryImplementation(new Runnable() { 
      @Override 
      public void run() { 
        useLog4J2Logging(); 
      } 
    }); 
    tryImplementation(new Runnable() { 
      @Override 
      public void run() { 
        useLog4JLogging(); 
      } 
    }); 
    tryImplementation(new Runnable() { 
      @Override 
      public void run() { 
        useJdkLogging(); 
      } 
    }); 
    tryImplementation(new Runnable() { 
      @Override 
      public void run() { 
        useNoLogging(); 
      } 
    }); 
  } 
 
  private LogFactory() { 
    // disable construction 
  } 
 
  public static Log getLog(Class<?> aClass) { 
    return getLog(aClass.getName()); 
  } 
 
  public static Log getLog(String logger) { 
    try { 
      return logConstructor.newInstance(logger); 
    } catch (Throwable t) { 
      throw new LogException("Error creating logger for logger " + logger + ".  Cause: " + t, t); 
    } 
  } 
 
  public static synchronized void useCustomLogging(Class<? extends Log> clazz) { 
    setImplementation(clazz); 
  } 
 
  public static synchronized void useSlf4jLogging() { 
    setImplementation(org.apache.ibatis.logging.slf4j.Slf4jImpl.class); 
  } 
 
  public static synchronized void useCommonsLogging() { 
    setImplementation(org.apache.ibatis.logging.commons.JakartaCommonsLoggingImpl.class); 
  } 
 
  public static synchronized void useLog4JLogging() { 
    setImplementation(org.apache.ibatis.logging.log4j.Log4jImpl.class); 
  } 
 
  public static synchronized void useLog4J2Logging() { 
    setImplementation(org.apache.ibatis.logging.log4j2.Log4j2Impl.class); 
  } 
 
  public static synchronized void useJdkLogging() { 
    setImplementation(org.apache.ibatis.logging.jdk14.Jdk14LoggingImpl.class); 
  } 
 
  public static synchronized void useStdOutLogging() { 
    setImplementation(org.apache.ibatis.logging.stdout.StdOutImpl.class); 
  } 
 
  public static synchronized void useNoLogging() { 
    setImplementation(org.apache.ibatis.logging.nologging.NoLoggingImpl.class); 
  } 
 
  private static void tryImplementation(Runnable runnable) { 
    if (logConstructor == null) { 
      try { 
        runnable.run(); 
      } catch (Throwable t) { 
        // ignore 
      } 
    } 
  } 
 
  private static void setImplementation(Class<? extends Log> implClass) { 
    try { 
      Constructor<? extends Log> candidate = implClass.getConstructor(String.class); 
      Log log = candidate.newInstance(LogFactory.class.getName()); 
      if (log.isDebugEnabled()) { 
        log.debug("Logging initialized using '" + implClass + "' adapter."); 
      } 
      logConstructor = candidate; 
    } catch (Throwable t) { 
      throw new LogException("Error setting Log implementation.  Cause: " + t, t); 
    } 
  } 
}

這段代碼非常經典，但它卻是一個不走尋常路的單例模式。因為它創建的實例對象，可能存在多種情況，根據引入不同的jar包，加載不同的類創建實例對象。如果有一個創建成功，則用它作為整個類的實例對象。

這里有個非常巧妙的地方是：使用了很多tryImplementation方法，方便后面進行擴展。不然要寫很多，又臭又長的if...else判斷。

此外，它跟常規的單例模式的區別是，LogFactory類中定義的實例對象是Log類型，并且getLog方法返回的參數類型也是Log，不是LogFactory。

最關鍵的一點是：getLog方法中是通過構造器的newInstance方法創建的實例對象，每次請求getLog方法都會返回一個新的實例，它其實是一個多例模式。

7.4 ErrorContext

mybatis提供ErrorContext類記錄了錯誤信息的上下文，方便后續處理。

那么它是如何實現單例模式的呢?關鍵代碼如下：

public class ErrorContext { 
  ... 
  private static final ThreadLocal<ErrorContext> LOCAL = new ThreadLocal<ErrorContext>(); 
   
  private ErrorContext() { 
  } 
   
  public static ErrorContext instance() { 
    ErrorContext context = LOCAL.get(); 
    if (context == null) { 
      context = new ErrorContext(); 
      LOCAL.set(context); 
    } 
    return context; 
  } 
  ... 
}

我們可以看到，ErrorContext跟傳統的單例模式不一樣，它改良了一下。它使用了餓漢模式，并且使用ThreadLocal，保證每個線程中的實例對象是單例的。這樣看來，ErrorContext類創建的對象不是唯一的，它其實也是多例模式的一種。

7.5 spring的單例

以前在spring中要定義一個bean，需要在xml文件中做如下配置：

<bean id="test" class="com.susan.Test" init-method="init" scope="singleton">

在bean標簽上有個scope屬性，我們可以通過指定該屬性控制bean實例是單例的，還是多例的。如果值為singleton，代表是單例的。當然如果該參數不指定，默認也是單例的。如果值為prototype，則代表是多例的。

在spring的AbstractBeanFactory類的doGetBean方法中，有這樣一段代碼：

if (mbd.isSingleton()) { 
    sharedInstance = getSingleton(beanName, () -> { 
      return createBean(beanName, mbd, args); 
  }); 
  bean = getObjectForBeanInstance(sharedInstance, name, beanName, mbd); 
} else if (mbd.isPrototype()) { 
    Object prototypeInstance = createBean(beanName, mbd, args); 
    bean = getObjectForBeanInstance(prototypeInstance, name, beanName, mbd); 
} else { 
    .... 
}

這段代碼我為了好演示，看起來更清晰，我特地簡化過的。它的主要邏輯如下：

判斷如果scope是singleton，則調用getSingleton方法獲取實例。
如果scope是prototype，則直接創建bean實例，每次會創建一個新實例。
如果scope是其他值，則允許我們自定bean的創建過程。

其中getSingleton方法主要代碼如下：

public Object getSingleton(String beanName, ObjectFactory<?> singletonFactory) { 
  Assert.notNull(beanName, "Bean name must not be null"); 
  synchronized (this.singletonObjects) { 
   Object singletonObject = this.singletonObjects.get(beanName); 
   if (singletonObject == null) { 
          singletonObject = singletonFactory.getObject(); 
         if (newSingleton) { 
           addSingleton(beanName, singletonObject); 
        } 
   } 
   return singletonObject; 
  } 
}

有個關鍵的singletonObjects對象，其實是一個ConcurrentHashMap集合：

private final Map<String, Object> singletonObjects = new ConcurrentHashMap<>(256);

getSingleton方法的主要邏輯如下：

根據beanName先從singletonObjects集合中獲取bean實例。
如果bean實例不為空，則直接返回該實例。
如果bean實例為空，則通過getObject方法創建bean實例，然后通過addSingleton方法，將該bean實例添加到singletonObjects集合中。
下次再通過beanName從singletonObjects集合中，就能獲取到bean實例了。

在這里spring是通過ConcurrentHashMap集合來保證對象的唯一性。

最后留給大家幾個小問題思考一下：

1. 多例模式和多對象模式有什么區別?

2. java框架中有些單例模式用的不規范，我要參考不?

3. spring的單例，只是結果是單例的，但完全沒有遵循單例模式的固有寫法，它也算是單例模式嗎?

責任編輯：姜華來源：蘇三說技術

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