单例避免多线程同时修改同个值从而形成脏数据

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title: 单例避免多线程同时修改同个值从而形成脏数据
date: 2017-10-29 13:44:10
tags:

- singleton

原文地址

概念

单例模式是一种经常使用的软件设计模式。单例能够保证系统中一个类只有一个实例，即一个类只有一个对象实例。
优势：
   (1)、实例控制
      单例会阻止其余对象实例化其本身的对象副本，从而确保全部对象都访问惟一实例。
   (2)、节约系统资源
      因为系统内存中只存在一个对象，所以能够节约对象频繁建立和销毁。
缺点：
   (1)、滥用带来的问题
      若单例对象长时间不被利用，系统会认为是垃圾而回收，从而致使对象状态的丢失。此外，若是为了节省资源将数据库链接池对象设计为单例，可能会致使共享链接池对象的程序过多而出现链接池溢出。
   (2)、扩展性较差
因为单例模式中没有抽象层，所以扩展有很大的困难。

应用场景

开发过微信公众号的同窗应该都接触过微信的AccessToken，正常状况下AccessToken有效期为7200秒，在有效期内重复获取返回相同结果。可是当AccessToken有效期达到临界点时，会存在多个用户访问同个公众号时，同时去修改程序中公众号的AccessToken值，若是处理不当，则会存在AccessToken被屡次修改，从而出现AccessToken的脏数据，致使前几回的用户访问出现对应的AccessToken被修改从而出现错误。

实践

环境

JDK 1.8.0_13一、MAVEN apache-maven-3.5.0

技术栈

SpringBoot、Mybatis

开发工具

IntelliJ IDEA 2(开发工具你们能够根据本身的喜爱而定)

实践过程

1、新建SpringBoot项目,并加入redis依赖：
redis 依赖

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
</dependency>复制代码

依赖说明：redis的引用，在本篇技术中是为了保证单例对象持久化，你们也能够采用直接把Java对象保存在文件中或者在DB中将对象保存起来的方法。出于解决当项目重启时，原先单例对象丢失数据的问题。

2、构建你们的老朋友CalmWangUserModel用户对象，以及对应的Dao层和Service层方法。因为开发环境的约束，没法实现从微信换取AccessToken保存在单例对象中，故在开发环境中采用从DB中拿数据，以模拟完成上述操做。

3、单例对象声明，并编写设置和获取对象属性
本篇中单例的实现是双重校验锁的形式，在JDK1.5以后，双重检查锁定才可以正常达到单例效果。

public class UserSingleton {

    private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(UserSingleton.class);

    private LinkedHashMap<String, String> linkMap;

    public volatile static UserSingleton userSingleton;

    private UserSingleton(){}

    public LinkedHashMap<String, String> getLinkMap() {
        return linkMap;
    }

    public void setLinkMap(LinkedHashMap<String, String> linkMap) {
        this.linkMap = linkMap;
    }
}复制代码

代码说明：
(1)、当使用volatile声明的变量的值，系统老是从新从它所在的内存中读取数据，即便它前面的指令刚刚从该处读取过数据。
(2)、LinkedHashMap相对于HashMap的特色就是保存了记录的插入顺序。此处用linkMap是单例对象的一个属性，来保存用户名和联系方式的key，value形式，即模拟存储商家微信公众号的appID和AccessToken值。

public static String getUserSingletonValue(String key){
        if(userSingleton == null){
            synchronized (UserSingleton.class){
                if(userSingleton == null){
                    userSingleton = new UserSingleton();
                    LinkedHashMap<String, String> map = new LinkedHashMap<String, String>();
                    userSingleton.setLinkMap(map);
                }
            }
        }
        logger.info("userSingleton = {}", new Gson().toJson(userSingleton));
        return userSingleton.getLinkMap().get(key);
    }复制代码

代码说明UserSingleton类方法：
(1)、使用synchronized(同步锁)，表示synchronized的代码在执行前必须首先得到UserSingleton类的锁方能执行，不然所属线程阻塞，方法一旦执行，就独占该锁，直到从该方法返回时才将锁释放，从而保证userSingleton为惟一实例。
(2)、此方法功能主要是经过key，来单例对象中获取对应的value值，若是对象不存在，则建立对象。

public static UserSingleton setUserSingleton(String key, String value){
        synchronized (UserSingleton.class){
            LinkedHashMap<String, String> map = userSingleton.getLinkMap();
            if(StringUtils.isEmpty(map.get(key))){
                map.put(key, value);
                userSingleton.setLinkMap(map);
            }
        }
        logger.info("userSingleton = {}", new Gson().toJson(userSingleton));
        return userSingleton;
    }复制代码

代码说明UserSingleton类方法：
synchronized的用法和做用如上，此方法用于将key和value值存入linkmap对象中。

public static LinkedHashMap<String, String> getUserSingleton(){
        if(userSingleton == null){
            synchronized (UserSingleton.class){
                if(userSingleton == null){
                    userSingleton = new UserSingleton();
                    LinkedHashMap<String, String> map = new LinkedHashMap<String, String>();
                    userSingleton.setLinkMap(map);
                }
            }
        }
        logger.info("userSingleton = {}", new Gson().toJson(userSingleton));
        return userSingleton.getLinkMap();
    }复制代码

代码说明UserSingleton类方法：
synchronized的用法和做用如上，此方法用户获取单例中linkmap对象。

4、经过key值获取单例对象对应的value值

@GetMapping("singleton")
    public String singleton(String key){
       String value = singleApplyService.retun(key);
       logger.info("userName = {}", value);
       return value;
   }复制代码

代码说明：
用户接受请求的控制器，调用service中的逻辑。

public String retun(String key){
        //(1)
        String value = UserSingleton.getUserSingletonValue(key);
        if(StringUtils.isEmpty(value)){
            try {
                logger.info("in = in");
                //(2)
                CalmWangUserModel user = calmWangUserService.getByPhone(key);
                //(3)
                UserSingleton.setUserSingleton(key, user.getUserName());
                //(4)
                LinkedHashMap<String, String> map = UserSingleton.getUserSingleton();
                redisService.setKeyValue("all", map);
                value = UserSingleton.getUserSingletonValue(key);
            }catch (Exception e){
                logger.error("error = {}", e);
            }
        }
        return value;
    }复制代码

代码说明：
(1)、经过key值，从单例对象中获取对应的value值，若是不存在则会执行对应的逻辑，若是存在则将value值返回。
(2)、key对应的value值不存在，则从DB中获取对应的信息值，此处预模拟请求微信接口获取对应的AccessToken值。
(3)、将新获取的value值和key值一块儿保存入单例中。
(4)、为保证单例对象的持久化，故将单例中的linkmap属性值存入redis中，并会建立Bean，当Spring容器在启动时，去注入Bean,将redis中linkmap值存入单例中。(说到Spring容器启动只是一种比较常见单例对象销毁的状况，由于咱们在发布项目版本时，这种状况出现的频率仍是比较高的)

5、redis持久化获取linkmap值

@Configuration
public class InitUserSingleton {

    private static Logger logger = LoggerFactory.getLogger(InitUserSingleton.class);

    @Autowired
    private RedisServiceI redisService;

    @Bean
    public UserSingleton init(){
        LinkedHashMap<String, String> map = redisService.getMapValue("all");
        return UserSingleton.setUserSingletonMap(map);
    }
}复制代码

代码说明：
注入Bean，在Sping启动时，从redis中获取linkmap值，并将值传入单例中。

public static UserSingleton setUserSingletonMap(LinkedHashMap<String, String> map){
        if(userSingleton == null){
            userSingleton = new UserSingleton();
        }
        userSingleton.setLinkMap(map);
        return userSingleton;
  }复制代码

代码说明：UserSingleton类方法
设置linkmap属性对应的值

6、测试
我采用的是ab测试，ab -n 4 -c 1 http://localhost:8911/single/singleton?key=136。
四个请求同时发送，查看单例执行状况，你们下载项目，而后运行代码，能够看到 logger.info("in = in");此处信息只打印了一次，由此能够得知除第一次请求外，剩余三次请求都拿到value，从而说明四个请求线程不会同时去操做单例对象，且保证了对象的更新。

总结

此方案适用于独立的微信公众号开发，当开发微信第三方平台时，用此方案存储多个商家的appID和对应的AccessToken时，则会出现线程阻塞等待的状况，缘由是单例是独占的，在微信第三方平台环境下，当有多个用户同时进入多个微信公众号，因为单例的特性，会致使部分线程出现阻塞，没法第一时间获取到AccessToken，即便AccessToken存在于linkmap中。
此篇中还有几个问题待解决：
(1)、如何设置单例对象属性值linkmap中value值的过时，此篇开头就提到预解决的问题是微信AccessToken7200秒失效后，获取新的AccessToken，且保证只有单一线程去修改改值，而上述方案中，能够实现单一线程修改值，但未去判断value值是否过时。
(2)、
(3)、此方案的实施，带来的性能问题，这个还有待研究。

我会在后续的文章中，继续跟进上述提到的点。最后也是特别重要的一点，童鞋们若是有更好的理解能够加我微信：wjd632479475，但愿能和你认识。
附GitHub项目连接地址