1. 场景
单例模式一个经典的应用场景就是数据库连接池的设计了。
因为频繁的建立/关闭数据库连接是比较消耗资源和时间的，所以可以设计一个池子，将使用完毕的空闲连接放入池中，等下次需要操作数据库时不用再次建立连接，直接从池中取出。
这个数据库连接池在整个程序运行期间只有一个实例，负责管理所有的数据库连接，实际上就是个单例。
单例模式，就是保证这个东西在一个周期（比如web服务器从启动到关闭的周期）只有一个具体实例的设计方法。
2. 简单实现
package org.demo.singleton; /** * Mysql数据库连接池 */ public class MysqlPool { /** * 保存单例的静态变量 */ private static MysqlPool instance = null; /** * 使用private修饰构造函数，防止使用new方法产生实例，保证只能从getInstance生产实例 */ private MysqlPool() { // 此处可以一次性建立10个数据库连接，然后放到数组/list里面 System.out.println("此处弄了1个连接池"); } /** * 通过该方法获取单例 */ public static MysqlPool getInstance() { if (instance == null) { instance = new MysqlPool(); } return instance; } /** * 测试入口 */ public static void main(String[] args) { MysqlPool pool1 = MysqlPool.getInstance(); MysqlPool pool2 = MysqlPool.getInstance(); System.out.println(pool1); System.out.println(pool2); } }
运行结果如下，可见MysqlPool构造函数只运行了一次，仅生成了一个实例，下面打印pool1和pool2地址一样，也说明了pool1和pool2是一个对象。
此处弄了1个连接池
org.demo.singleton.MysqlPool@15db9742
org.demo.singleton.MysqlPool@15db9742
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3. 简单实现的bug
看起来好像很合理，一个静态变量如果是null就创建，不是null直接获取，能保证只有一个实例。
实际上是有问题的，我们写下面的代码来让它出事：
package org.demo.singleton; /** * 用于测试单例的线程 */ public class SingletonTestThread extends Thread { @Override public void run() { MysqlPool pool=null; pool=MysqlPool.getInstance(); } /** * 测试入口 */ public static void main(String[] args) { for(int i=0;i<100;i++) { Thread thread1 = new SingletonTestThread(); thread1.start(); } } }
运行结果如下，可见生成了不止1个MysqlPool实例。
此处弄了1个连接池
此处弄了1个连接池
此处弄了1个连接池
此处弄了1个连接池
此处弄了1个连接池
此处弄了1个连接池
此处弄了1个连接池
此处弄了1个连接池
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哈哈，问题很简单，因为是多线程，所以在很短的一个时间内就有好几个线程执行了pool=MysqlPool.getInstance();，然后有好几个线程在做if (instance == null)，然后有8个线程在执行if (instance == null)时instance为null，也就是说多线程下并发代码运行的速度太快了，还没等到instance = new MysqlPool();执行完，一些其他的线程就进入if (instance == null) {}体内，导致最终实际上可不止生成了一个单例。
4. 多线程环境保持单例
之所以会出现问题，是因为多个线程在抢夺一个静态资源的时候，不讲规矩，不排队，乱来。
Java提供了synchronized关键字来保证一个方法同一个时刻只能有一个线程进入其中(synchronized功能比较复杂，此处不再深究)，所以修改下再测试：
/**
* 通过该方法获取单例，注意通过添加synchronized实现排他机制，同一时刻一个线程进入
*/
public static synchronized MysqlPool getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new MysqlPool();
}
return instance;
}
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测试结果：
此处弄了1个连接池
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5. 效率不咋地
OK，是不是觉得很好很强大了，非也非也，要知道世界上的事情都不完美，现在是排队了，可是效率呢。
简单的添加时间检测模块，同时把getInstance执行时间加长，我们来测下：
public class MysqlPool { /** * 保存单例的静态变量 */ private static MysqlPool instance = null; /** * 使用private修饰构造函数，防止使用new方法产生实例，保证只能从getInstance生产实例 */ private MysqlPool(){ //此处可以一次性建立10个数据库连接，然后放到数组/list里面 } /** * 通过该方法获取单例 */ public static synchronized MysqlPool getInstance() {//此处测试时分别有synchronized和无synchronized try {//模拟耗时操作 Thread.sleep(50); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } if (instance == null) { instance = new MysqlPool(); } return instance; } /** * 测试入口 */ public static void main(String[] args) { MysqlPool pool=null; for(int i=0;i<100000;i++) { pool=MysqlPool.getInstance(); } } } /** * 用于测试单例的线程 */ public class SingletonTestThread extends Thread { private static long start = 0; @Override public void run() { MysqlPool pool = null; pool = MysqlPool.getInstance(); System.out.println(System.currentTimeMillis() - start); } /** * 测试入口 */ public static void main(String[] args) { start = System.currentTimeMillis(); for (int i = 0; i < 100; i++) { Thread thread1 = new SingletonTestThread(); thread1.start(); } } }
在没有加synchronized下测试3次，执行时间（最后一个线程结束时间减去开始时间）：
58、59、59
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加上synchronized测试3次：
5025、5026、5024
1
是不是瞬间觉得很恐怖了，确实效率太低了，就好比本来吃饭排队58秒现在5000秒，一个多小时啊，客户早就跑光了。
看来这样也不行啊。
6. 提高多线程下效率
上面已经解决了多线程下安全问题，但是程序运行速度也大大拖慢了，主要是getInstance方法在获取单例的时候存在耗时操作，导致很多线程堵在那里。
在真实的情况下，可能耗时操作这块业务是并不需要保证加锁的，而且有时候是不需要执行耗时操作的，我们将程序修改如下：
/**
* Mysql数据库连接池
*/
public class MysqlPool {
/**
* 保存单例的静态变量
*/
private static MysqlPool instance = null;
/**
* 使用private修饰构造函数，防止使用new方法产生实例，保证只能从getInstance生产实例
*/
private MysqlPool() {
// 此处可以一次性建立10个数据库连接，然后放到数组/list里面
}
/**
* 通过该方法获取单例
*/
public static MysqlPool getInstance() {// 此处测试时分别有synchronized和无synchronized
if (instance == null) {//规避不必要的耗时操作
try {
// 模拟耗时操作
Thread.sleep(50);
} catch (Exception ex) {
}
synchronized(MysqlPool.class) {//仅对必须要保护的代码加锁
if (instance == null) {
instance = new MysqlPool();
}
}
}
return instance;
}
}
对上面的代码进行速度测试，发现时间回归正常水平。
/**
* 用于测试单例的线程
*/
public class SingletonTestThread extends Thread {
private static long start = 0;
@Override
public void run() {
MysqlPool pool = null;
pool = MysqlPool.getInstance();
System.out.println(System.currentTimeMillis() - start);
}
/**
* 测试入口
*/
public static void main(String[] args) {
start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
Thread thread1 = new SingletonTestThread();
thread1.start();
}
}
}
可见实际上具体问题是要具体分析的，灵活的运用synchronized加锁才能取得安全和效率上的平衡。
