设计模式之美学习(三十二)

本文最后更新于:2 个月前

如何设计实现一个集群环境下的分布式单例模式?

如何理解单例模式的唯一性?

单例类中对象的唯一性的作用范围是“进程唯一”的。“进程唯一”指的是进程内唯一,进程间不唯一;“线程唯一”指的是线程内唯一,线程间可以不唯一。实际上,“进程唯一”就意味着线程内、线程间都唯一,这也是“进程唯一”和“线程唯一”的区别之处。“集群唯一”指的是进程内唯一、进程间也唯一。

如何实现线程唯一的单例?

我们通过一个 HashMap 来存储对象,其中 key 是线程 IDvalue 是对象。这样我们就可以做到,不同的线程对应不同的对象,同一个线程只能对应一个对象。实际上,Java 语言本身提供了 ThreadLocal 并发工具类,可以更加轻松地实现线程唯一单例。

public class IdGenerator {
  private AtomicLong id = new AtomicLong(0);

  private static final ConcurrentHashMap<Long, IdGenerator> instances
          = new ConcurrentHashMap<>();

  private IdGenerator() {}

  public static IdGenerator getInstance() {
    Long currentThreadId = Thread.currentThread().getId();
    instances.putIfAbsent(currentThreadId, new IdGenerator());
    return instances.get(currentThreadId);
  }

  public long getId() {
    return id.incrementAndGet();
  }
}

如何实现集群环境下的单例?

我们需要把这个单例对象序列化并存储到外部共享存储区(比如文件)。进程在使用这个单例对象的时候,需要先从外部共享存储区中将它读取到内存,并反序列化成对象,然后再使用,使用完成之后还需要再存储回外部共享存储区。为了保证任何时刻在进程间都只有一份对象存在,一个进程在获取到对象之后,需要对对象加锁,避免其他进程再将其获取。在进程使用完这个对象之后,需要显式地将对象从内存中删除,并且释放对对象的加锁。

public class IdGenerator {
  private AtomicLong id = new AtomicLong(0);
  private static IdGenerator instance;
  private static SharedObjectStorage storage = FileSharedObjectStorage(/*入参省略,比如文件地址*/);
  private static DistributedLock lock = new DistributedLock();
  
  private IdGenerator() {}

  public synchronized static IdGenerator getInstance() 
    if (instance == null) {
      lock.lock();
      instance = storage.load(IdGenerator.class);
    }
    return instance;
  }
  
  public synchroinzed void freeInstance() {
    storage.save(this, IdGeneator.class);
    instance = null; //释放对象
    lock.unlock();
  }
  
  public long getId() { 
    return id.incrementAndGet();
  }
}

// IdGenerator使用举例
IdGenerator idGeneator = IdGenerator.getInstance();
long id = idGenerator.getId();
IdGenerator.freeInstance();

如何实现一个多例模式?

“单例”指的是一个类只能创建一个对象。对应地,“多例”指的就是一个类可以创建多个对象,但是个数是有限制的,比如只能创建 3 个对象。多例的实现也比较简单,通过一个 Map 来存储对象类型和对象之间的对应关系,来控制对象的个数。

参考: 单例模式(下):如何设计实现一个集群环境下的分布式单例模式?



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