如何理解单例模式中的唯一性

这个唯一性指的是进程内只允许创建一个对象。

如何实现线程唯一的单例

“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。

我们通过一个 HashMap 来存储对象，其中 key 是线程 ID，value 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 工具类，可以更加轻松地实现线程唯一单例。不过，ThreadLocal 底层实现原理也是基于下面代码中所示的 HashMap。

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

集群相当于多个进程构成的一个集合，“集群唯一”就相当于是进程内唯一、进程间也唯一。也就是说，不同的进程间共享同一个对象，不能创建同一个类的多个对象。

具体来说，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，还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();
    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();

参考

《设计模式之美》