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面试题:Java单例模式在多资源协同管理场景下的优化策略

假设你在开发一个系统,需要使用单例模式管理多个相互关联的资源(如数据库连接池、文件缓存等),请描述如何设计单例类以实现高效的资源协同管理,并且说明如何处理资源初始化顺序和依赖关系等问题。
37.3万 热度难度
编程语言Java

知识考点

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面试题答案

一键面试

1. 设计单例类

使用饿汉式单例模式,确保在类加载时就创建单例实例,避免多线程环境下的同步问题,提高效率。

public class ResourceManager {
    // 私有静态实例,在类加载时就初始化
    private static final ResourceManager instance = new ResourceManager();
    // 数据库连接池
    private DatabaseConnectionPool dbPool;
    // 文件缓存
    private FileCache fileCache;

    // 私有构造函数,防止外部实例化
    private ResourceManager() {
        // 这里可以进行资源的初始化
    }

    // 提供静态方法获取单例实例
    public static ResourceManager getInstance() {
        return instance;
    }

    // 获取数据库连接池的方法
    public DatabaseConnectionPool getDatabaseConnectionPool() {
        if (dbPool == null) {
            dbPool = new DatabaseConnectionPool();
        }
        return dbPool;
    }

    // 获取文件缓存的方法
    public FileCache getFileCache() {
        if (fileCache == null) {
            fileCache = new FileCache();
        }
        return fileCache;
    }
}

2. 处理资源初始化顺序

  • 按需初始化:如上述代码,在获取资源方法中,采用懒加载方式,当第一次调用获取资源方法时才进行初始化。这样可以避免一开始就初始化所有资源,节省系统资源和启动时间。
  • 手动初始化:如果有特定的初始化顺序要求,可以在单例类的构造函数中按照顺序进行初始化。例如:
private ResourceManager() {
    dbPool = new DatabaseConnectionPool();
    fileCache = new FileCache(dbPool); // 文件缓存依赖数据库连接池
}

3. 处理依赖关系

  • 构造函数注入:在需要依赖其他资源的类的构造函数中传入所依赖的资源实例。例如,假设FileCache依赖DatabaseConnectionPool,则FileCache类可以这样设计:
public class FileCache {
    private DatabaseConnectionPool dbPool;

    public FileCache(DatabaseConnectionPool dbPool) {
        this.dbPool = dbPool;
    }
}
  • Setter方法注入:也可以通过Setter方法来设置依赖关系,灵活性更高。例如:
public class FileCache {
    private DatabaseConnectionPool dbPool;

    public void setDatabaseConnectionPool(DatabaseConnectionPool dbPool) {
        this.dbPool = dbPool;
    }
}

在单例类ResourceManager中获取FileCache时,可以先获取DatabaseConnectionPool,再通过setDatabaseConnectionPool方法设置依赖:

public FileCache getFileCache() {
    if (fileCache == null) {
        fileCache = new FileCache();
        fileCache.setDatabaseConnectionPool(getDatabaseConnectionPool());
    }
    return fileCache;
}

其他语言示例(Python)

class ResourceManager:
    _instance = None

    def __new__(cls):
        if cls._instance is None:
            cls._instance = super().__new__(cls)
            cls._instance.init_resources()
        return cls._instance

    def init_resources(self):
        self.db_pool = DatabaseConnectionPool()
        self.file_cache = FileCache(self.db_pool)


class DatabaseConnectionPool:
    pass


class FileCache:
    def __init__(self, db_pool):
        self.db_pool = db_pool

在Python中,使用__new__方法实现单例,在init_resources方法中处理资源初始化顺序和依赖关系。