tp99（线程安全的本地缓存）

大家好，欢迎关注极客架构师，极客架构师，专注架构师成长，我是码农老吴。

本期是《架构师基本功之设计模式》的第8期，我将基于单例模式（singleton pattern）及Google的guava cache缓存组件，打造高并发，线程安全的本地缓存。

由于单例模式本身的简单性，还有就是单例模式一般不是通过重构代码获得的，而是直接完成，所以，本次分享的基本思路，不同于前面几个设计模式。这次我提前分享单例模式的定义及分析等概念性内容，然后进行案例和代码讲解，两者的顺序进行了对调。

一提到单例模式的代码实现方式，各种教程，形形色色，林林总总，你说两三种，我就说四五种，你说四五种，我就说个七八种，更有甚者，会介绍十多种，大有愈演愈烈，高度内卷的趋势。然而千变万化，不离其宗，我们要透过迷雾直达本质，单例模式根本上只有两种，其他的都是语法上的小技巧而已，大家不要本末倒置，舍本逐末。

结论先行

根据REIS分析模型，对单例模式进行分析，单例模式包含两种角色，单例服务方角色和单例客户方角色。它的宗旨是，单例服务方角色，通过私有化的构造函数，静态的类属性以及静态的getInstance()方法等措施，确保所有单例客户方，都只能获取到它的唯一一个对象。该模式的研究重点是对象实例化的时机问题，可以分为两种实例化方式，提前实例化和延迟实例化。

基本思路

高并发互联网项目的缓存架构

单例模式定义

使用REIS模型分析单例模式

提前实例化：第一版代码（属性初始化，推荐方案）

提前实例化：第二版代码（静态块初始化）

延迟实例化：第一版代码（非线程安全，常见方案）

延迟实例化：第一版代码优化（线程安全，低效）

延迟实例化：第一版代码再优化（线程安全，双重检测，高效，推荐方案）

延迟实例化：第二版代码（线程安全，双重检测,可重入锁，高效）

延迟实例化：第三版代码（线程安全，静态内部类）

单例模式需要深入思考的点

单例模式通用代码

高并发互联网项目的缓存架构

互联网项目，尤其是电商行业的项目，常常被称为是高并发的软件项目，往往对QPS(或者TPS)吞吐量指标和TP99等性能指标有很高的要求。特别是618，双十一等重大节日，零点大促时，流量峰值，有可能是平时的几倍，甚至几十倍。一不小心，就有可能系统崩溃。而要让系统能达到这些吞吐量和性能指标，除了在大促之前的容器扩展之外，还有一个很重要的方面，就是在进行系统架构设计，技术选型时。充分发挥和挖掘缓存的潜力。可以这么说，缓存是高并发系统的银弹，性能不够，缓存来凑。

互联网项目常见的缓存体系，有客户端缓存（浏览器端），本地缓存（堆缓存，堆外缓存，磁盘缓存），分布式缓存集群（redis）等。这些，我们今天不具体展开了，后面我会有专门的分享，欢迎大家关注。今天，我们聚焦在本地缓存上。看看如何结合单例模式和Google的guava Cache缓存组件，打造高并发，线程安全的本地缓存。

我们今天单刀直入，从单例模式的定义，开始讲起。

单例模式（Singleton pattern）定义

Ensure a class only has one instance, and provide a global point of access to it.

—— Gof《Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software》

中文：

保证一个类，仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。

这个定义有两个关键词，一个实例和一个全局访问点

一个实例（one instance）

单例模式，顾名思义，就是单个实例。至于为什么只需要一个实例，定义里面并没有说，后面我们再展开说明。

一个全局访问点（a global point of access to it）

这个词如何理解呢？在常见的编程语言里面，全局访问点这个词很少见。但是，正常情况下，如果我们要访问一个实例，或者叫对象，应该如何访问呢。很明显，就是调用这个实例或者叫对象的变量名称。那么“全局访问点”就可以解释为“全局的变量名称”，有过其他开发语言经验的朋友，脑子里面可能就会浮现出“全局变量”这四个字。是的，你想得没错，就是全局变量。

但是java语言里面，并没有全局变量的概念。只能通过一定的编程技巧去模拟。而最常见的一种做法，就是通过类里面的static关键字来模拟全局变量。在后面的案例中，大家就能看到它。

下面我们用REIS模型，对单例模式进行分析，大家就会理解的更透彻一些。

使用REIS模型分析单例模式

REIS模型是我总结的分析设计模式的一种方法论，主要包括场景（scene），角色（role），交互（interaction），效果(effect)四个要素。

场景（Scene）

场景，也就是我们在什么情况下，遇到了什么问题，需要使用某个设计模式。

当出现以下情况时，可能需要使用单例模式。

当某个类的对象，在系统中是独一无二的，只可以存在一个对象时，就需要使用单例模式，常见的有缓存管理器，线程池，数据库连接，日志管理器，配置参数，驱动程序等。今天我们就是要实现本地缓存管理器。

角色（Role）

角色，一般为设计模式出现的类，或者对象。每种角色有自己的职责。

单例模式，结构简单，里面只有两个角色，单例服务方角色，单例客户方角色。

单例服务方角色( singleton service role)：单例服务方角色，就像概念里面所描述的那样，它是一个类，一个只允许创建一个实例的类，为了做到这一点，它把创建实例的权限对外屏蔽了，只有它自己可以使用。而为了让别人能访问到它的实例，它专门提供了一个static方法（也就是概念里面的全局访问点），用于返回自己的实例。它的职责概括如下：

私有构造函数：确保类的对象不能从外部创建，只能被它自己创建。静态类属性，类型为它自身：通过静态属性，从语法角度确保这个类的对象，在JVM中只存在一个对象。静态getInstance()方法，返回类型为它自身：这个静态方法，就是这个类的唯一一个全局访问点，通过这个静态方法，单例客户方可以获取单例服务方的唯一一个对象。

单例客户方角色（singleton client role）:单例客户方，是需要访问单例服务方角色的任何对象，而且只能通过单例服务方角色提供的统一的全局访问点（也就是getInstance()方法），来获取单例服务方角色的唯一一个对象。任何企图绕过全局访问点，获取单例对象的单例客户方，都是不友好的，都应该被禁止，都需要后果自负。如果能绕过去，也间接说明单例服务方角色，没有通过有效的措施，确保只有一个全局访问点。

交互（interaction）

交互，是指设计模式中，各种角色是如何交互的，一般用UML中的序列图，活动图来表示。简单地说就是角色之间是如何配合，完成设计模式的使命的。

单例模式，虽然结构简单，交互看上去似乎也很简单，但是这里面另有蹊跷，大有文章，值得我们重视。

对于单例模式，非常重要的一个关键点就是，何时完成对象的实例化。单例角色的实例化（initialization）方式，根据实例化的时机，可以分为以下两种。

提前实例化（Early initialization or Eager initialization）方式

提前实例化，英文叫early initialization 或者 eager initialization，early大家都很明白，eager，中文意思是热切的，渴望的，渴求的，表达了一种急不可耐的情绪，中文文章中常常把这种方式，形象的称之为饿汉方式。

那么，到底要提前多少，愿望到底有多强烈呢，通常是在类加载的时候，不同的实现方式，稍有不同，但是底线还是比较明确的，就是在单例客户方首次访问getInstance()方法之前，也就是确保在客户需要是的时候，已经提前完成了对象初始化。

这种方式，优点是由于对象已经提前初始化了，所以无需考虑线程安全问题，代码比较简洁。而缺点也很明显，就是不管单例客户方是否使用，都提前创建好对象，可能会有一定的资源浪费，但是因为本身是单例，所以浪费的资源往往有限，常常可以忽略不计。所以，提前实例化，一般是首选方案，所以我们后面的案例，首选讲解的就是这种方式。

延迟实例化（Lazy initialization）方式

延迟实例化，英文是Lazy initialization，中文文章中，常常把这种方式，形象地比喻为懒汉方式，和上面的饿汉方式，形成了强烈的对比，表达了一种慵懒的，得过且过，能不做，最好不做的情绪。

那么，到底延迟到什么时候呢，很明显，只有到最后一刻，不得不做的地步，懒汉才会行动，deadline永远是第一生产力。具体的说，这最后一刻，就是单例客户方首次调用getInstance()方法的那一刻。

这种方式，优点就是不会造成资源浪费。但是缺点甚至说是风险是存在的，一个不小心，轻则效率低下，重则违背单例模式的宗旨，创建了多个对象。看来还是老话说得好，成功细中取, 富贵险中求。要想有收获，就需要一定的付出。由于需要考虑多线程安全问题，这里面常常需要使用多线程的相关技术，代码比较复杂一些，需要消耗一些码农的脑细胞，也常常是面试的重要内容。

效果(effect)

效果，使用该设计模式之后，达到了什么效果，有何意义，当然，也可以说说它的缺点，或者风险。

单例模式的宗旨只有确保一个类，只有一个对象，这样造成的客观效果就是数据统一，节省资源。我就不细说了。

前面的定义，概念，讲解完毕，下面我们开始编写代码。切身体会什么是单例模式。

前面我们已经提到过，提前实例化因为不需要考虑多线程问题，所以代码相对来说，比较简单，我们就从它开始讲起。

提前实例化：第一版代码（属性初始化,推荐方案）

POM文件

导入guava cache 组件

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?> <project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd"> <parent> <artifactId>DesignPatterns</artifactId> <groupId>com.geekarchitect.patterns</groupId> <version>1.0-SNAPSHOT</version> </parent> <modelVersion>4.0.0</modelVersion> <artifactId>singleton-pattern</artifactId> <dependencies> <dependency> <groupId>com.google.guava</groupId> <artifactId>guava</artifactId> <version>23.0</version> </dependency> </dependencies> <properties> <maven.compiler.source>8</maven.compiler.source> <maven.compiler.target>8</maven.compiler.target> </properties> </project>

ILocalCache：本地缓存接口

缓存接口，比较高频的两个操作是加入缓存和从缓存中取出。

package com.geekarchitect.patterns.singleton.demo01; /** * 本地缓存接口 * * @author 极客架构师@吴念 * @createTime 2022/5/30 */ public interface ILocalCache { void put(String key, String value); String get(String key); }

LocalCacheManagerV21：第一版代码（属性初始化）

要点提示：

私有构造函数：确保类不能从外部创建对象，只能被它自己创建。静态getInstance()方法，返回类型为它自身：这个静态方法，就是这个类的唯一一个全局访问点，通过这个静态方法，单例客户方，可以获取这个单例服务方的唯一对象。静态类属性，类型为它自身：通过静态属性LOCAL_CACHE_MANAGER_V_21，类型为LocalCacheManagerV11，确保这个类的对象，在JVM中只存在一个。静态属性LOCAL_CACHE_MANAGER_V_21的初始化方式：这个属性，是在定义的时候，直接初始化，也就是属性初始化。

package com.geekarchitect.patterns.singleton.demo02; import com.geekarchitect.patterns.singleton.demo01.ILocalCache; import com.google.common.cache.Cache; import com.google.common.cache.CacheBuilder; import org.slf4j.Logger; import org.slf4j.LoggerFactory; /** * @author 极客架构师@吴念 * @createTime 2022/5/30 */ public class LocalCacheManagerV21 implements ILocalCache { private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(LocalCacheManagerV21.class); private static final LocalCacheManagerV21 LOCAL_CACHE_MANAGER_V_21 = new LocalCacheManagerV21(); private final Cache<String, String> guavaCache; private LocalCacheManagerV21() { LOG.info("提前实例化：第一版代码（属性初始化）"); LOG.info("初始化缓存"); guavaCache = CacheBuilder.newBuilder().build(); } public static LocalCacheManagerV21 getInstance() { return LOCAL_CACHE_MANAGER_V_21; } @Override public void put(String key, String value) { guavaCache.put(key, value); } @Override public String get(String key) { return guavaCache.getIfPresent(key); } }

TestLocalCacheManagerV02： 测试类

package com.geekarchitect.patterns.singleton.demo02; import org.slf4j.Logger; import org.slf4j.LoggerFactory; /** * @author 极客架构师@吴念 * @createTime 2022/5/30 */ public class TestLocalCacheManagerV02 { private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(TestLocalCacheManagerV02.class); public static void main(String[] args) { TestLocalCacheManagerV02 testLocalCacheManager = new TestLocalCacheManagerV02(); testLocalCacheManager.demo01(); } public void demo01() { LocalCacheManagerV21 localCacheManagerV2101 = LocalCacheManagerV21.getInstance(); LocalCacheManagerV21 localCacheManagerV2102 = LocalCacheManagerV21.getInstance(); localCacheManagerV2101.put("1", "北京"); LOG.info("localCacheManagerV2101 == localCacheManagerV2102 is {}", (localCacheManagerV2101 == localCacheManagerV2102)); LOG.info("localCacheManagerV2101.get('1')={} ", (localCacheManagerV2101.get("1"))); LOG.info("localCacheManagerV2102.get('2')={} ", (localCacheManagerV2102.get("1"))); } public void demo02() { LocalCacheManagerV22 localCacheManagerV2201 = LocalCacheManagerV22.getInstance(); LocalCacheManagerV22 localCacheManagerV2202 = LocalCacheManagerV22.getInstance(); localCacheManagerV2201.put("1", "北京"); LOG.info("localCacheManagerV2201 == localCacheManagerV2202 is {}", (localCacheManagerV2201 == localCacheManagerV2202)); LOG.info("localCacheManagerV2201.get('1')={} ", (localCacheManagerV2201.get("1"))); LOG.info("localCacheManagerV2202.get('2')={} ", (localCacheManagerV2202.get("1"))); } }

运行结果

头脑风暴

这版代码，通过对静态类属性的直接初始化，确保单例客户方在调用getInstance()方法之前，就完成了对象的实例化。单例客户方可以放心大胆使用单例对象，而不用考虑多线程问题。所以使用率比较高，是推荐方案。

但是，对于静态类属性的初始化，还有另外一种初始化方式，就是静态块方式。我们继续看第二版代码。

提前实例化：第二版代码（静态块初始化）

LocalCacheManagerV22：第二版代码（静态块初始化）

要点提示：

静态属性localCacheManagerV22的初始化方式：这个属性，不是在定义的时候初始化，而是在static块中进行初始化。

package com.geekarchitect.patterns.singleton.demo02; import com.geekarchitect.patterns.singleton.demo01.ILocalCache; import com.google.common.cache.Cache; import com.google.common.cache.CacheBuilder; import org.slf4j.Logger; import org.slf4j.LoggerFactory; /** * @author 极客架构师@吴念 * @createTime 2022/5/30 */ public class LocalCacheManagerV22 implements ILocalCache { private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(LocalCacheManagerV22.class); private final Cache<String, String> guavaCache; private static final LocalCacheManagerV22 localCacheManagerV22; static { LOG.info("提前实例化：第二版代码（静态块初始化，推荐方案）"); localCacheManagerV22 = new LocalCacheManagerV22(); } private LocalCacheManagerV22() { LOG.info("初始化缓存"); guavaCache = CacheBuilder.newBuilder().build(); } public static LocalCacheManagerV22 getInstance() { return localCacheManagerV22; } @Override public void put(String key, String value) { guavaCache.put(key, value); } @Override public String get(String key) { return guavaCache.getIfPresent(key); } }

运行结果

头脑风暴

这版代码，在static块中初始化静态类属性，代码会更灵活一些。

提前实例化方式实现的单例模式，有其固有的缺点，那就是可能会造成资源浪费，但由于是单例，所以一般浪费的都不多，所以它可以满足项目的大部分情况。但是对于追求技术精益求精，眼里不容沙子的研发人员，就需要精通下面的延迟实例化方式了，我们继续。

延迟实例化：第一版代码（非线程安全）

LocalCacheManagerV11：第一版（非线程安全）

要点提示：

私有构造函数：确保类不能从外部创建对象，只能被它自己创建。静态类属性，类型为它自身：通过静态属性localCacheManagerV11，类型为LocalCacheManagerV11，从语法角度确保这个类的对象，在JVM中只存在一个。静态getInstance()方法，返回类型为它自身：这个静态方法，就是这个类的唯一一个全局访问点，通过这个静态方法，单例客户方，可以获取这个单例服务的唯一对象。

package com.geekarchitect.patterns.singleton.demo01; import com.google.common.cache.Cache; import com.google.common.cache.CacheBuilder; import org.slf4j.Logger; import org.slf4j.LoggerFactory; /** * 本地缓存管理器 * * @author 极客架构师@吴念 * @createTime 2022/5/30 */ public class LocalCacheManagerV11 implements ILocalCache { private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(LocalCacheManagerV11.class); private static Cache<String, String> guavaCache = null; private static LocalCacheManagerV11 localCacheManagerV11 = null; private LocalCacheManagerV11() { initCache(); } public static LocalCacheManagerV11 getInstance() { if (null == localCacheManagerV11) { LOG.info("延迟实例化：第一版代码（非线程安全）"); localCacheManagerV11 = new LocalCacheManagerV11(); } return localCacheManagerV11; } private void initCache() { LOG.info("初始化缓存"); guavaCache = CacheBuilder.newBuilder().build(); } @Override public void put(String key, String value) { guavaCache.put(key, value); } @Override public String get(String key) { return guavaCache.getIfPresent(key); } }

TestLocalCacheManagerV01：测试类

package com.geekarchitect.patterns.singleton.demo01; import org.slf4j.Logger; import org.slf4j.LoggerFactory; /** * @author 极客架构师@吴念 * @createTime 2022/5/30 */ public class TestLocalCacheManagerV01 { private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(TestLocalCacheManagerV01.class); public static void main(String[] args) { TestLocalCacheManagerV01 testLocalCacheManagerV01 = new TestLocalCacheManagerV01(); testLocalCacheManagerV01.demo01(); } public void demo01() { LocalCacheManagerV11 localCacheManagerV1101 = LocalCacheManagerV11.getInstance(); LocalCacheManagerV11 localCacheManagerV1102 = LocalCacheManagerV11.getInstance(); localCacheManagerV1101.put("1", "北京"); LOG.info("localCacheManagerV1101 == localCacheManagerV1102 is {}", (localCacheManagerV1101 == localCacheManagerV1102)); LOG.info("localCacheManagerV1101.get('1')={} ", (localCacheManagerV1101.get("1"))); LOG.info("localCacheManagerV1102.get('2')={} ", (localCacheManagerV1102.get("1"))); } public void demo02() { LocalCacheManagerV12 localCacheManagerV1201 = LocalCacheManagerV12.getInstance(); LocalCacheManagerV12 localCacheManagerV1202 = LocalCacheManagerV12.getInstance(); localCacheManagerV1201.put("1", "北京"); LOG.info("localCacheManagerV1201 == localCacheManagerV1202 is {}", (localCacheManagerV1201 == localCacheManagerV1202)); LOG.info("localCacheManagerV1201.get('1')={} ", (localCacheManagerV1201.get("1"))); LOG.info("localCacheManagerV1202.get('2')={} ", (localCacheManagerV1202.get("1"))); } public void demo03() { LocalCacheManagerV13 localCacheManagerV1301 = LocalCacheManagerV13.getInstance(); LocalCacheManagerV13 localCacheManagerV1302 = LocalCacheManagerV13.getInstance(); localCacheManagerV1301.put("1", "北京"); LOG.info("localCacheManagerV1301 == localCacheManagerV1302 is {}", (localCacheManagerV1301 == localCacheManagerV1302)); LOG.info("localCacheManagerV1301.get('1')={} ", (localCacheManagerV1301.get("1"))); LOG.info("localCacheManagerV1302.get('2')={} ", (localCacheManagerV1302.get("1"))); } }

运行结果

头脑风暴

这版代码，就是典型的延迟实例化的单例模式，存储单例对象的静态属性localCacheManagerV11，只有在单例客户方第一次调用静态getInstance()方法时，才会进行实例化。

这是一种比较常见的方式，在一般的系统中已经够用了。但是，在多线程环境里面，也就是单例客户方是分布在多个线程里面，并发调用，上面的代码就会出现问题。什么问题呢？

当多个处于不同线程的单例客户方并发调用getInstance()方法，可能会发生，创建多个单例服务方对象，破坏了单例模式的宗旨。问题还是挺严重的。所以需要进行后面的优化。

延迟实例化：第一版代码优化（线程安全，低效）

LocalCacheManagerV11：第一版优化后

要点提示：

静态getInstance()方法：为了线程安全，这个静态方法增加了synchronized关键字，确保统一时刻，只有一个线程可以访问这个方法。

package com.geekarchitect.patterns.singleton.demo01; import com.google.common.cache.Cache; import com.google.common.cache.CacheBuilder; import org.slf4j.Logger; import org.slf4j.LoggerFactory; /** * 本地缓存管理器 * * @author 极客架构师@吴念 * @createTime 2022/5/30 */ public class LocalCacheManagerV11 implements ILocalCache { private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(LocalCacheManagerV11.class); private static Cache<String, String> guavaCache = null; private static LocalCacheManagerV11 localCacheManagerV11 = null; private LocalCacheManagerV11() { initCache(); } public static synchronized LocalCacheManagerV11 getInstance() { if (null == localCacheManagerV11) { LOG.info("延迟实例化：第一版代码优化（线程安全，低效）"); localCacheManagerV11 = new LocalCacheManagerV11(); } return localCacheManagerV11; } private void initCache() { LOG.info("初始化缓存"); guavaCache = CacheBuilder.newBuilder().build(); } @Override public void put(String key, String value) { guavaCache.put(key, value); } @Override public String get(String key) { return guavaCache.getIfPresent(key); } }

运行结果

头脑风暴

这版代码，与上一版代码，只有一个细微的差别，就是为了线程安全，这个静态getInstance()方法增加了synchronized关键字。解决了多线程的安全问题，不论有多少个线程访问这个方法，同一时刻，都只能有一个线程获取到锁，这样就避免了创建多个对象的风险。但是代码太大了，大到不能承受。

由于我们增加了synchronized关键字，导致调用getInstance()方法，由并发调用，变成了低效率的串行调用，也就是排队，一个接一个调用。在高并发的互联网项目中，是不能容忍的，所以这版代码作废，我们必须继续升级。

延迟实例化：第一版代码再优化（线程安全，双重检测，高效，推荐方案）

LocalCacheManagerV11：第一版二次优化

要点提示：

静态getInstance()方法：为了线程安全，并且高效，使用了双重检测,大家注意，这里面有两个if语句。

package com.geekarchitect.patterns.singleton.demo01; import com.google.common.cache.Cache; import com.google.common.cache.CacheBuilder; import org.slf4j.Logger; import org.slf4j.LoggerFactory; /** * 本地缓存管理器 * * @author 极客架构师@吴念 * @createTime 2022/5/30 */ public class LocalCacheManagerV11 implements ILocalCache { private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(LocalCacheManagerV11.class); private static Cache<String, String> guavaCache = null; private static LocalCacheManagerV11 localCacheManagerV11 = null; private LocalCacheManagerV11() { initCache(); } public static LocalCacheManagerV11 getInstance() { if (null == localCacheManagerV11) { synchronized (LocalCacheManagerV11.class) { if (null == localCacheManagerV11) { localCacheManagerV11 = new LocalCacheManagerV11(); } } } return localCacheManagerV11; } private void initCache() { LOG.info("初始化缓存"); guavaCache = CacheBuilder.newBuilder().build(); } @Override public void put(String key, String value) { guavaCache.put(key, value); } @Override public String get(String key) { return guavaCache.getIfPresent(key); } }

运行结果

头脑风暴

这版代码，对于静态getInstance()方法，使用了双重检测机制，减少了synchronized 加锁的范围，当多个线程中的单例客户方，并发调用这个方法时，如果对象还没有创建，哪个线程先获取到锁，哪个线程执行创建对象的任务。如果对象已经创建，则直接返回即可，效率非常高。

可以说，这版代码，高效，线程安全，简洁，所以是推荐方案。但是在java5的多线程体现中，引入了一个新的锁，ReentrantLock可重入锁，比较流行，非常灵活，所以对于这版代码，我们还可以换一种实现方式，我们继续。

延迟实例化：第二版代码（线程安全，双重检测,可重入锁，高效）

LocalCacheManagerV12：第二版

要点提示：

1，建立一个可重入锁：ReentrantLock

2，基于ReentrantLock，实现了双重检测机制

package com.geekarchitect.patterns.singleton.demo01; import com.google.common.cache.Cache; import com.google.common.cache.CacheBuilder; import org.slf4j.Logger; import org.slf4j.LoggerFactory; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; /** * * @author 极客架构师@吴念 * @createTime 2022/5/30 */ public class LocalCacheManagerV12 implements ILocalCache { private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(LocalCacheManagerV12.class); private static Cache<String, String> guavaCache = null; private static LocalCacheManagerV12 localCacheManagerV01 = null; private static final Lock reentrantLock = new ReentrantLock(); private LocalCacheManagerV12() { initCache(); } public static LocalCacheManagerV12 getInstance() { if (null == localCacheManagerV01) { reentrantLock.lock(); LOG.info("第二版代码（线程安全，双重检测,可重入锁，高效）"); try { if (null == localCacheManagerV01) { localCacheManagerV01 = new LocalCacheManagerV12(); } } finally { reentrantLock.unlock(); } } return localCacheManagerV01; } private void initCache() { LOG.info("初始化缓存"); guavaCache = CacheBuilder.newBuilder().build(); } @Override public void put(String key, String value) { guavaCache.put(key, value); } @Override public String get(String key) { return guavaCache.getIfPresent(key); } }

运行结果

头脑风暴

这版代码实现的代码，也满足线程安全和高效，也实现了双重检测机制，甚至在复杂情况下，可以使用ReentrantLock编写出更简洁，更高效，更灵活的多线程代码，这也是ReentrantLock在java5出现，要对synchronized关键字取而代之的一个重要原因。

但是，但是，但是，凡事都有代价，前提就是你必须精通ReentrantLock，如果不精通，编写出的代码就可能存在漏洞。你如果能明白，我为什么要把ReentrantLock的unlock()方法调用，放在finally块中，应该就具备这种资格。

延迟实例化：第三版代码（线程安全，静态内部类）

LocalCacheManagerV13：第三版

要点提示：

1，增加了一个静态内部类：LocalCacheManagerHolder

2，静态内部类中定义了一个静态属性，用于存储单例服务方对象。

package com.geekarchitect.patterns.singleton.demo01; import com.google.common.cache.Cache; import com.google.common.cache.CacheBuilder; import org.slf4j.Logger; import org.slf4j.LoggerFactory; import java.util.concurrent.locks.Lock; import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock; /** * @author 极客架构师@吴念 * @createTime 2022/5/30 */ public class LocalCacheManagerV13 implements ILocalCache { private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(LocalCacheManagerV13.class); private static Cache<String, String> guavaCache = null; private LocalCacheManagerV13() { initCache(); } public static LocalCacheManagerV13 getInstance() { return LocalCacheManagerHolder.localCacheManagerV13; } private void initCache() { LOG.info("第三版代码（线程安全，静态内部类）"); LOG.info("初始化缓存"); guavaCache = CacheBuilder.newBuilder().build(); } @Override public void put(String key, String value) { guavaCache.put(key, value); } @Override public String get(String key) { return guavaCache.getIfPresent(key); } public static class LocalCacheManagerHolder { private static final LocalCacheManagerV13 localCacheManagerV13 = new LocalCacheManagerV13(); } }

运行结果

头脑风暴

这版代码，从代码复杂度上看，精简了不少，也不用考虑什么多线程问题，它也是线程安全的。这些都有赖于java的静态内部类，里面的静态属性初始化机制。也就是多线程问题我们不用考虑了，全部交给JVM来处理。但是静态内部类，在常见的项目中，大部分人并不了解它的机制，精通的人更少，所以比较少见。这里仅供大家参考。我是不建议使用大家都不太熟悉的，奇奇怪怪的语法，在团队开发中，有百害而无一利，得不偿失。

单例模式的延迟实例化方式，我们全部讲解完毕。下面我们看另外一个方式，提前实例化。

单例模式需要深入思考的点

提前实例化和延迟实例化，该选哪个？

如果搞不清楚，就选提前实例化，代码简单，还线程安全。如果对代码质量精益求精，则在单例服务方有可能不会被使用的业务场景，考虑使用延迟实例化，降低资源浪费的概率。

单例模式通用代码

UML类图

单例模式-提前实例化

package com.geekarchitect.patterns.singleton.demo03; import com.geekarchitect.patterns.singleton.demo02.LocalCacheManagerV22; import org.slf4j.Logger; import org.slf4j.LoggerFactory; /** * 单例模式：提前实例化 * * @author 极客架构师@吴念 * @createTime 2022/6/1 */ public class EarlyInstance { private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(EarlyInstance.class); private static final EarlyInstance EARLY_INSTANCE = new EarlyInstance(); private EarlyInstance() { } public static EarlyInstance getInstance() { return EARLY_INSTANCE; } public void doService(){ LOG.info("单例模式：提前实例化 "); } }

单例模式-延迟实例化

package com.geekarchitect.patterns.singleton.demo03; import org.slf4j.Logger; import org.slf4j.LoggerFactory; /** * 单例模式：延迟实例化 * * @author 极客架构师@吴念 * @createTime 2022/6/1 */ public class LazyInstance { private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(LazyInstance.class); private static LazyInstance LAZY_INSTANCE; private LazyInstance() { } public static LazyInstance getInstance() { if (null == LAZY_INSTANCE) { synchronized (LazyInstance.class) { if (null == LAZY_INSTANCE) { LAZY_INSTANCE = new LazyInstance(); } } } return LAZY_INSTANCE; } public void doService(){ LOG.info("单例模式：延迟实例化"); } }

结论

综上所述，根据REIS分析模型，对单例模式进行分析，单例模式包含两种角色，单例服务方角色和单例客户方角色。它的宗旨是，单例服务方角色，通过私有化的构造函数，静态的类属性以及静态的getInstance()方法等措施，确保所有单例客户方，都只能获取到它的唯一一个对象。该模式的研究重点是对象实例化的时机问题，可以分为两种实例化方式，提前实例化和延迟实例化。

本期我们就分享到这里，关注我，我将持续分享更多架构师的相关文章和视频，我们下期见。