一，前言
单例模式详细大家都已经非常熟悉了，在文章单例模式的八种写法比较中，对单例模式的概念以及使用场景都做了很不错的说明。请在阅读本文之前，阅读一下这篇文章，因为本文就是按照这篇文章中的八种单例模式进行探索的。
本文的目的是：结合文章中的八种单例模式的写法，使用实际的示例，来演示线程安全和效率
既然是实际的示例，那么就首先定义一个业务场景：购票。大家都知道在春运的时候，抢票是非常激烈的。有可能同一张票就同时又成百上千的人同时在抢。这就对代码逻辑的要求很高了，即不能把同一张票多次出售，也不能出现票号相同的票。
那么，接下来我们就使用单例模式，实现票号的生成。同时呢在这个过程中利用上述文章中的八种单例模式的写法，来实践这八种单例模式的线程安全性和比较八种单例模式的效率。
既然文章中第三种单例模式（懒汉式）是线程不安全的，那么我就从这个单例模式的实现开始探索一下线程安全。
因为不管是八种单例模式的实现方式的哪一种，票号的生成逻辑都是一样的，所以，在此正式开始之前，为了更方便的编写示例代码，先做一些准备工作：封装票号生成父类代码。
二，封装票号生成父类代码
package com.zcz.singleton; public class TicketNumberHandler { //记录下一个唯一的号码 private long nextUniqueNumber = 1; /** * 返回生成的号码 * @return */ public Long getTicketNumber() { return nextUniqueNumber++; } }
票号的生成逻辑很简单，就是一个递增的整数，每获取一次，就增加1。以后我们的每一种单例模式都继承这个父类，就不用每一次都编写这部分代码，做到了代码的重用。
接下来就是实现第三种单例模式，探索一下会不会引起线程安全问题。
三，实现第三种单例模式
package com.zcz.singleton; /** * 票号生成类——单利模式，即整个系统中只有唯一的一个实例 * @author zhangchengzi * */ public class TicketNumberHandler3 extends TicketNumberHandler{ //保存单例实例对象 private static TicketNumberHandler3 INSTANCE; //私有化构造方法 private TicketNumberHandler3() {}; /** * 懒汉式，在第一次获取单例对象的时候初始化对象 * @return */ public static TicketNumberHandler3 getInsatance() { if(INSTANCE == null) { try { //这里为什么要让当前线程睡眠1毫秒呢？ //因为在正常的业务逻辑中，单利模式的类不可能这么简单，所以实例化时间会多一些 //让当前线程睡眠1毫秒 Thread.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } INSTANCE = new TicketNumberHandler3(); } return INSTANCE; } }
代码与上述文章的一模一样，那么接下来就开始编写测试代码。
四，编写测试代码
package com.zcz.singleton; import java.util.ArrayList; import java.util.HashSet; import java.util.List; import java.util.Objects; import java.util.Set; import java.util.Vector; public class BuyTicket { public static void main(String[] args) { // 用户人数 int userNumber = 10000; // 保存用户线程 Set<Thread> threadSet = new HashSet(); // 用于存放TicketNumberHandler实例对象 List<TicketNumberHandler> hanlderList = new Vector(); // 保存生成的票号 List<Long> ticketNumberList = new Vector(); // 定义购票线程，一个线程模拟一个用户 for(int i=0;i<userNumber;i++) { Thread t = new Thread() { public void run() { TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler3.getInsatance(); hanlderList.add(handler); Long ticketNumber = handler.getTicketNumber(); ticketNumberList.add(ticketNumber); }; }; threadSet.add(t); } System.out.println("当前购票人数："+threadSet.size()+" 人"); //记录购票开始时间 long beginTime = System.currentTimeMillis(); for(Thread t : threadSet) { //开始购票 t.start(); } //记录购票结束时间 long entTime; while(true) { //除去mian线程之外的所有线程结果后在记录结束时间 if(Thread.activeCount() == 1) { entTime = System.currentTimeMillis(); break; } } //开始统计 System.out.println("票号生成类实例对象数目："+new HashSet(hanlderList).size()); System.out.println("共出票："+ticketNumberList.size()+"张"); System.out.println("实际出票："+new HashSet(ticketNumberList).size()+"张"); System.out.println("出票用时："+(entTime - beginTime)+" 毫秒"); } }
结合着代码中的注释，相信这部分测试代码理解起来并不难，首先初始化10000个线程，相当于10000个用户同时购票，然后启动这10000个线程开始购票，结束后做统计。
这里对代码中的hanlderList和ticketNumberList进行一下说明：
1，这连个List的作用是什么？这两个List是用来做统计的。
hanlderList用来存放单例对象，然后在最后统计的部分会转换为Set，去除重复的对象，剩余的对象数量就是真正的单例对象数量。如果真的是但是模式的话，在最后的统计打印的时候，票号生成类实例对象数目，应该是1。
ticketNumberList是用来存放票号的，同样的在最后的统计部分也会转换为Set去重，如果真的有存在重复的票号，那么打印信息中的实际出票数量应该小于共出票数量
2，这两个List为什么使用Vector而不是ArrayList，因为ArrayList是线程不安全的，如果使用ArrayList，在最后的统计中ArrayList 会出现null，这样我们的数据就不准确了。
那么，开始测试。
五，第三中单例模式的测试结果
右键 -> Run As -> Java Application。打印结果：
当前购票人数：10000 人 票号生成类实例对象数目：19 共出票：10000张 实际出票：9751张 出票用时：1130 毫秒
可以看到：
票号生成类实例对象数目：19
说明不只是有一个单例对象产生，原因在上述的文章中也做了解释说明。同时“共出票“实际出票数量”小于“共出票”属性，说明产生了票号相同的票。
ok，线程不安全的第三种单例示例结果之后，还有7中可用的线程安全的实现方式，我们就从1-8的顺序逐一检测，并通过执行时间来检测效率高低。
六，测试第一种单例模式：使用静态属性，并初始化单例
1，单例代码
package com.zcz.singleton; public class TicketNumberHandler1 extends TicketNumberHandler{ // 饿汉式，在类加载的时候初始化对象 private static TicketNumberHandler1 INSTANCE = new TicketNumberHandler1(); //私有化构造方法 private TicketNumberHandler1() {}; /** * 获取单例实例 * @return */ public static TicketNumberHandler1 getInstance() { return INSTANCE; } }
2，修改测试类中使用的单例
Thread t = new Thread() { public void run() { // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler3.getInsatance(); TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler1.getInstance(); Long ticketNumber = handler.getTicketNumber(); ticketNumberList.add(ticketNumber); }; };
3，测试结果
当前购票人数：10000 人 票号生成类实例对象数目：1 共出票：10000张 实际出票：10000张 出票用时：1093 毫秒
跟上一次的打印结果相比对，票号生成类实例对象数目确实只有一个了，这说明第一种单例模式，在多线程下是可以正确使用的。
而且，实际出票数量和共出票数量相同，也是没有出现重复的票号的。但是真的是这样的吗？我么把用户数量调整到20000人，多执行几次代码试试看，你会发现偶尔会出现下面的打印结果：
当前购票人数：20000 人 票号生成类实例对象数目：1 共出票：20000张 实际出票：19996张 出票用时：5291 毫秒
票号生成类的实例对象一直是1，这没问题，因为单例模式在多线程环境下正确执行了。
但是实际出票数量小于了共出票数量，这说明出现了重复的票号，为什么呢？因为我们票号的生成方法，不是线程安全的
public Long getTicketNumber() { return nextUniqueNumber++; }
代码中的nextUniqueNumber++是不具备原子性的，虽然看起来只有一行代码，但是实际上执行了三个步骤：读取nextUniqueNumber的值，将nextUniqueNumber的值加一，将结果赋值给nextUniqueNumber。
所以出现重复票号的原因在于：在赋值没有结束前，有多个线程读取了值。
怎么优化呢？最简单的就是使用同步锁。在getTicketNumber上添加关键字synchronized。
public synchronized Long getTicketNumber() { return nextUniqueNumber++; }
还有另外一个方法，就是使用线程安全的AtomicLong
package com.zcz.singleton; import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong; public class TicketNumberHandler { private AtomicLong nextUniqueNumber = new AtomicLong(); //记录下一个唯一的号码 // private long nextUniqueNumber = 1; /** * 返回生成的号码 * @return */ public synchronized Long getTicketNumber() { // return nextUniqueNumber++; return nextUniqueNumber.incrementAndGet(); } }
ok，解决了这里的问题之后，我们将用户人数，重新调整到10000人，运行10次，统计平均执行时间：1154.3毫秒
七，测试第二种单例模式：使用静态代码块
1，单例代码
package com.zcz.singleton; public class TicketNumberHandler2 extends TicketNumberHandler { // 饿汉式 private static TicketNumberHandler2 INSTANCE; //使用静态代码块，初始化对象 static { INSTANCE = new TicketNumberHandler2(); } //私有化构造方法 private TicketNumberHandler2() {}; /** * 获取单例实例 * @return */ public static TicketNumberHandler2 getInstance() { return INSTANCE; } }
2，修改测试代码
Thread t = new Thread() { public void run() { // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler3.getInsatance(); // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler1.getInstance(); TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler2.getInstance(); hanlderList.add(handler); Long ticketNumber = handler.getTicketNumber(); ticketNumberList.add(ticketNumber); }; };
3，测试结果
当前购票人数：10000 人 票号生成类实例对象数目：1 共出票：10000张 实际出票：10000张 出票用时：1234 毫秒
单例模式成功，出票数量正确，运行10次平均执行时间：1237.1毫秒
八，测试第四种单例模式：使用方法同步锁（synchronized）
1，单例代码
package com.zcz.singleton; public class TicketNumberHandler4 extends TicketNumberHandler { //保存单例实例对象 private static TicketNumberHandler4 INSTANCE; //私有化构造方法 private TicketNumberHandler4() {}; /** * 懒汉式，在第一次获取单例对象的时候初始化对象 * @return */ public synchronized static TicketNumberHandler4 getInsatance() { if(INSTANCE == null) { try { //这里为什么要让当前线程睡眠1毫秒呢？ //因为在正常的业务逻辑中，单利模式的类不可能这么简单，所以实例化时间会多一些 //让当前线程睡眠1毫秒 Thread.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } INSTANCE = new TicketNumberHandler4(); } return INSTANCE; } }
2，修改测试代码
Thread t = new Thread() { public void run() { // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler3.getInsatance(); // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler1.getInstance(); // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler2.getInstance(); TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler4.getInsatance(); hanlderList.add(handler); Long ticketNumber = handler.getTicketNumber(); ticketNumberList.add(ticketNumber); }; };
3，测试结果
当前购票人数：10000 人 票号生成类实例对象数目：1 共出票：10000张 实际出票：10000张 出票用时：1079 毫秒
单例模式成功，出票数量正确，运行10次平均执行时间：1091.86毫秒
九，测试第五种单例模式:使用同步代码块
1，单例代码
package com.zcz.singleton; public class TicketNumberHandler5 extends TicketNumberHandler { //保存单例实例对象 private static TicketNumberHandler5 INSTANCE; //私有化构造方法 private TicketNumberHandler5() {}; /** * 懒汉式，在第一次获取单例对象的时候初始化对象 * @return */ public static TicketNumberHandler5 getInsatance() { if(INSTANCE == null) { synchronized (TicketNumberHandler5.class) { try { //这里为什么要让当前线程睡眠1毫秒呢？ //因为在正常的业务逻辑中，单利模式的类不可能这么简单，所以实例化时间会多一些 //让当前线程睡眠1毫秒 Thread.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } INSTANCE = new TicketNumberHandler5(); } } return INSTANCE; } }
2，修改测试代码
Thread t = new Thread() { public void run() { // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler3.getInsatance(); // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler1.getInstance(); // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler2.getInstance(); // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler4.getInsatance(); TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler5.getInsatance(); hanlderList.add(handler); Long ticketNumber = handler.getTicketNumber(); ticketNumberList.add(ticketNumber); }; };
3，测试结果
当前购票人数：10000 人 票号生成类实例对象数目：1 共出票：10000张 实际出票：10000张 出票用时：1117 毫秒
单例模式成功，出票数量正确，运行10次平均执行时间：1204.1毫秒
十，测试第六种单例模式：双重检查
1，单例代码
package com.zcz.singleton; public class TicketNumberHandler6 extends TicketNumberHandler { //保存单例实例对象 private static TicketNumberHandler6 INSTANCE; //私有化构造方法 private TicketNumberHandler6() {}; /** * 懒汉式，在第一次获取单例对象的时候初始化对象 * @return */ public static TicketNumberHandler6 getInsatance() { //双重检查 if(INSTANCE == null) { synchronized (TicketNumberHandler5.class) { try { //这里为什么要让当前线程睡眠1毫秒呢？ //因为在正常的业务逻辑中，单利模式的类不可能这么简单，所以实例化时间会多一些 //让当前线程睡眠1毫秒 Thread.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { // TODO Auto-generated catch block e.printStackTrace(); } if(INSTANCE == null) { INSTANCE = new TicketNumberHandler6(); } } } return INSTANCE; } }
2，修改测试代码
Thread t = new Thread() { public void run() { // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler3.getInsatance(); // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler1.getInstance(); // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler2.getInstance(); // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler4.getInsatance(); // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler5.getInsatance(); TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler6.getInsatance(); hanlderList.add(handler); Long ticketNumber = handler.getTicketNumber(); ticketNumberList.add(ticketNumber); }; };
3，测试结果
当前购票人数：10000 人 票号生成类实例对象数目：1 共出票：10000张 实际出票：10000张 出票用时：1041 毫秒
单例模式成功，出票数量正确，运行10次平均执行时间：1117.1毫秒
十一，测试第七种单例模式：使用静态内部类
1，单例代码
package com.zcz.singleton; public class TicketNumberHandler7 extends TicketNumberHandler { //私有化构造器 public TicketNumberHandler7() {}; //静态内部类 private static class TicketNumberHandler7Instance{ private static final TicketNumberHandler7 INSTANCE = new TicketNumberHandler7(); } public static TicketNumberHandler7 getInstance() { return TicketNumberHandler7Instance.INSTANCE; } }
2，修改测试代码
Thread t = new Thread() { public void run() { // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler3.getInsatance(); // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler1.getInstance(); // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler2.getInstance(); // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler4.getInsatance(); // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler5.getInsatance(); // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler6.getInsatance(); TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler7.getInstance(); hanlderList.add(handler); Long ticketNumber = handler.getTicketNumber(); ticketNumberList.add(ticketNumber); }; };
3，测试结果
当前购票人数：10000 人 票号生成类实例对象数目：1 共出票：10000张 实际出票：10000张 出票用时：1250 毫秒
单例模式成功，出票数量正确，运行10次平均执行时间：1184.4毫秒
十二，测试第八种单例模式：使用枚举
1，单例代码
package com.zcz.singleton; import java.util.concurrent.atomic.AtomicLong; public enum TicketNumberHandler8 { INSTANCE; private AtomicLong nextUniqueNumber = new AtomicLong(); //记录下一个唯一的号码 // private long nextUniqueNumber = 1; /** * 返回生成的号码 * @return */ public synchronized Long getTicketNumber() { // return nextUniqueNumber++; return nextUniqueNumber.incrementAndGet(); } }
2，修改测试代码
public static void main(String[] args) { // 用户人数 int userNumber = 10000; // 保存用户线程 Set<Thread> threadSet = new HashSet(); // 用于存放TicketNumberHandler实例对象 List<TicketNumberHandler8> hanlderList = new Vector(); // 保存生成的票号 List<Long> ticketNumberList = new Vector(); // 定义购票线程，一个线程模拟一个用户 for(int i=0;i<userNumber;i++) { Thread t = new Thread() { public void run() { // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler3.getInsatance(); // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler1.getInstance(); // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler2.getInstance(); // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler4.getInsatance(); // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler5.getInsatance(); // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler6.getInsatance(); // TicketNumberHandler handler = TicketNumberHandler7.getInstance(); TicketNumberHandler8 handler = TicketNumberHandler8.INSTANCE; hanlderList.add(handler); Long ticketNumber = handler.getTicketNumber(); ticketNumberList.add(ticketNumber); }; }; threadSet.add(t); } System.out.println("当前购票人数："+threadSet.size()+" 人"); //记录购票开始时间 long beginTime = System.currentTimeMillis(); for(Thread t : threadSet) { //开始购票 t.start(); } //记录购票结束时间 long entTime; while(true) { //除去mian线程之外的所有线程结果后再记录时间 if(Thread.activeCount() == 1) { entTime = System.currentTimeMillis(); break; } } //开始统计 System.out.println("票号生成类实例对象数目："+new HashSet(hanlderList).size()); System.out.println("共出票："+ticketNumberList.size()+"张"); System.out.println("实际出票："+new HashSet(ticketNumberList).size()+"张"); System.out.println("出票用时："+(entTime - beginTime)+" 毫秒"); }
3，测试结果
当前购票人数：10000 人 票号生成类实例对象数目：1 共出票：10000张 实际出票：10000张 出票用时：1031 毫秒
单例模式成功，出票数量正确，运行10次平均执行时间：1108毫秒
十三，总结
线程安全就不再多说，除去第三种方式。其他的都可以。
效率总结表：
| 单例模式名称 | 平均十次执行时间（毫秒） |
| 第一种（使用静态属性，并初始化单例） | 1154.3 |
| 第二种（使用静态代码块） | 1237.1 |
| 第四种（使用方法同步锁） | 1091.86 |
| 第五种（使用同步代码块） | 1204.1 |
| 第六种（双重检查） | 1117.1 |
| 第七种（使用静态内部类） | 1184.4 |
| 第八种（使用枚举） | 1108 |
跟我预想的不同，没有想到的是，竟然是第四种方法的效率最高，很可能跟我测试数据的数量有关系（10000个用户）。效率的话就不多做评论了，大家有兴趣的话可以自己亲自试一下。别忘记告诉我测试的结果哦。
从代码行数来看，使用枚举是最代码最少的方法了。
ok，这篇文章到这里就结束了，虽然在效率上没有结论，但是，在线程安全方面是明确了的。
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