设计模式使用实例(2)——单例模式那些事

2023年11月2日 289次阅读


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。

这个数据库连接池就是个单例，比如有项目组有程序员A、B、C，他们写的代码调用的是一个数据库连接池，统一管理。

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。


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 pool=MysqlPool.getInstance();
    }
}

运行结果如下：

此处弄了1个连接池


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：

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

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操的速度太快了，还没等到instance = new MysqlPool();执行完，很多线程就进入if (instance == null) {体内，导致最终实际上可不止生成了一个单例。


应对多线程的解决方法

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;
    }

测试结果：

此处弄了1个连接池


还有问题

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

加上synchronized测试3次：

5025、5026、5024

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。

具体解决方法，下回继续探究。

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