singleton相关的Java.lang.error

有一个类，是用singleton模式写的，在正常调用中，没有问题，可是用jmt的测试代码去测试，就老是出现java.lang.error.

上网搜到了一篇相关文章，可是好像还是没法解决我现在的问题，但是这个文章还是挺有意义的。保存在这里了。

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----何时单件（Singleton）不再是单件？

----作者 Joshua Fox 
摘要

在单件设计模式中，单件类从来都只会有一个该类的实例。然而，有时你会发现存在不止一个单件的实例存在

。出现这些意外的情况情况的可能是特定的类加载器（class loaders)、多线程（MT)、分布计算系统（

Distributed System)和对象序列化（object serialization)。Joshua在本文中将就如何避免和处理这种多单

件情况做详细阐述。


单件设计模（The Singleton Pattern）——保证一个类仅有一个实例，并提供一个全局访问他的访问点。在很

多时候都是有用的，但是当单件类出现同时几个实例并存时就出错了。这种情况是如何出现的呢？如何避免呢

？

单件（Singleton）的目的是控制对象的创建，在整个规定使用范围内单件类只能有一个实例，这和静态域有些

类似。单件通常用来控制对资源的访问，如数据库连接缓冲池（dbpool)访问、网络连接套接字（socket pool)

使用等。例如，如果你的jdbc驱动的连接授权（license)只有5个（这种情况其实经常有），你用一个单件类来

实现数据库连接缓冲池，那么在多线程系统中应该统一使用该单件类的一个实例并且由该实例对数据库连接进

行控制管理。

单件类可以是具有状态性的，并且在整个范围内其状态是唯一的。如上面的例子中5个连接的状态可能是闲置可

用、部分闲置可用等等状态。

另一方面，单件也可以是无状态的，如提供一种不需要任何参数信息的工具方法的类。在这种情况下，因无需

实例化多个对象因此单件是适合用来设计这种工具类的。

不要把单件单纯的看作是实现一个全局变量，从工厂设计模式这种观点出发，单件使你通过确定创建对象的先决条件和实际需求压缩和控制创建过程。

然而，在特定环境下两个或以上的单件可能变成神秘莫测的东东，象分布计算必须保证单件所提供的唯一性。例如，如果你的单件的含义是全局唯一的用户界面窗口而在应用中出现两个单件的实例，将有两个你的应用的窗口出现在用户的屏幕上——这将使用户很糊涂。另一个例子是同时创建了两个单件类的计数器的实例可能导致的混乱情况……

本文将描述这些现象并提出如何去避免，在讨论如何实现单件之后，我将给出一些实例来说明多个单件实例的情况是如何产生的、如何去避免！


实现单件（Implementing Singletons ）


There are a few ways to implement Singletons. Although you can get Singleton-like behavior with 

static fields and methods [for example, java.lang.Math.sin(double)], you gain more flexibility by 

creating an instance. With Singletons implemented as single instances instead of static class 

members, you can initialize the Singleton lazily, creating it only when it is first used. 

Likewise, with a Singleton implemented as single instance, you leave open the possibility of 

altering the class to create more instances in the future. With some implementations of the 

Singleton, you allow writers of subclasses to override methods polymorphically, something not 

possible with static methods. 

Most commonly, you implement a Singleton in Java by having a single instance of the class as a 

static field. You can create that instance at class-loading time by assigning a newly created 

object to the static field in the field declaration, as seen in Listing 1. 

Listing 1
public class MySingleton { 
private static MySingleton _instance = 
　new MySingleton(); 

private MySingleton() { 
　// construct object . . . 
} 

public static synchronized MySingleton getInstance() { 
　return _instance; 
} 

// Remainder of class definition . . . 


Alternatively, you can instantiate it lazily, on first demand, as seen in Listing 2. You keep the 

constructor private to prevent instantiation by outside callers. 

Listing 2
public class MySingleton { 
private static MySingleton _instance; 

private MySingleton() { 
　// construct object . . . 
} 

// For lazy initialization 
public static synchronized MySingleton getInstance() { 
　if (_instance==null) { 
　 _instance = new MySingleton(); 
　} 
　return _instance; 
} 
　// Remainder of class definition . . . 
} 


Both Singleton implementations do not allow convenient subclassing, since getInstance(), being 

static, cannot be overridden polymorphically. Other implementations prove more flexible. While I 

don't have the space to describe alternative implementations in detail, here are a couple of 

possibilities: 


If you implement a factory class with a method that returns the Singleton instance, you allow 

yourself flexibility in the runtime class of the return value, which can be either MySingleton or 

a subclass thereof. You may have to make the constructor nonprivate to make that work. 
You can have a SingletonFactory class with a globally accessible map of class names or Class 

objects to Singleton instances. Again, the runtime type of the instances can be either the type 

indicated by the class name or a subclass, and the constructor will not be private. 
For other possible implementations, see "Implementing the Singleton Pattern in Java" in 

Resources. As I discuss the Singleton, keep the above implementations in mind, although many of 

those phenomena can occur for any implementation of the Singleton. 

Now that we've looked briefly at implementation, let's turn to the heart of this article: how two 

Singletons can exist simultaneously. 



在多个虚拟机中的多单件（Multiple Singletons in two or more virtual machines ）

When copies of the Singleton class run in multiple VMs, an instance is created for each machine. 

That each VM can hold its own Singleton might seem obvious but, in distributed systems such as 

those using EJBs, Jini, and RMI, it's not so simple. Since intermediate layers can hide the 

distributed technologies, to tell where an object is really instantiated may be difficult. 

For example, only the EJB container decides how and when to create EJB objects or to recycle 

existing ones. The EJB may exist in a different VM from the code that calls it. Moreover, a 

single EJB can be instantiated simultaneously in several VMs. For a stateless session bean, 

multiple calls to what appears, to your code, to be one instance could actually be calls to 

different instances on different VMs. Even an entity EJB can be saved through a persistence 

mechanism between calls, so that you have no idea what instance answers your method calls. (The 

primary key that is part of the entity bean spec is needed precisely because referential identity 

is of no use in identifying the bean.) 

The EJB containers' ability to spread the identity of a single EJB instance across multiple VMs 

causes confusion if you try to write a Singleton in the context of an EJB. The instance fields of 

the Singleton will not be globally unique. Because several VMs are involved for what appears to 

be the same object, several Singleton objects might be brought into existence. 

Systems based on distributed technologies such as EJB, RMI, and Jini should avoid Singletons that 

hold state. Singletons that do not hold state but simply control access to resources are also not 

appropriate for EJBs, since resource management is the role of the EJB container. However, in 

other distributed systems, Singleton objects that control resources may be used on the 

understanding that they are not unique in the distributed system, just in the particular VM. 

Multiple Singletons simultaneously loaded by different class loaders 
When two class loaders load a class, you actually have two copies of the class, and each one can 

have its own Singleton instance. That is particularly relevant in servlets running in certain 

servlet engines (iPlanet for example), where each servlet by default uses its own class loader. 

Two different servlets accessing a joint Singleton will, in fact, get two different objects. 

Multiple class loaders occur more commonly than you might think. When browsers load classes from 

the network for use by applets, they use a separate class loader for each server address. 

Similarly, Jini and RMI systems may use a separate class loader for the different code bases from 

which they download class files. If your own system uses custom class loaders, all the same 

issues may arise. 

If loaded by different class loaders, two classes with the same name, even the same package name, 

are treated as distinct -- even if, in fact, they are byte-for-byte the same class. The different 

class loaders represent different namespaces that distinguish classes (even though the classes' 

names are the same), so that the two MySingleton classes are in fact distinct. (See "Class 

Loaders as a Namespace Mechanism" in Resources.) Since two Singleton objects belong to two 

classes of the same name, it will appear at first glance that there are two Singleton objects of 

the same class. 

Singleton classes destroyed by garbage collection, then reloaded 
When a Singleton class is garbage-collected and then reloaded, a new Singleton instance is 

created. Any class can be garbage-collected when no other object holds reference to the class or 

its instances. If no object holds a reference to the Singleton object, then the Singleton class 

may disappear, later to be reloaded when the Singleton is again needed. In that case, a new 

Singleton object will be created. Any static or instance fields saved for the object will be lost 

and reinitialized. 

JDK 1.2 VMs are less problematic in that regard than JDK 1.1 (see Programming Java threads in the 

real world, Part 7" in Resources), but class garbage collection can still occur. You can avoid 

that by holding a reference to the Singleton class or object in some other object that persists 

for the program's life. You can also set your VM to have no class garbage collection (-Xnoclassgc 

on the JRE 1.3, or -noclassgc on the IBM JVM). Keep in mind that if you have a long-running 

program that frequently reloads classes (perhaps through special class loaders such as the remote 

class loaders), you have to consider whether that could cause a problematic buildup of garbage 

classes in the VM. 

Purposely reloaded Singleton classes 
Classes are reloaded not only after class garbage-collection; they can also be reloaded at Java 

programs' request. The servlet specifications allow servlet engines to do that at any time. When 

the servlet engine decides to unload a servlet class, it calls destroy(), then discards the 

servlet class; later, the servlet engine can reload the servlet class, instantiate the servlet 

object, and initialize it by calling init(). In practice, the process of unloading and reloading 

may occur in a servlet engine when a servlet class or JSP changes. 

Like the previous two cases, the present case involves newly loaded classes. Here, however, 

classes are ditched on purpose, while a new copy of the class loads. 

Depending on the servlet engine, when an old servlet class is discarded, the associated classes 

might not be, even if they have changed. So if a servlet gets a reference to a Singleton object, 

you may find that there is one Singleton object associated with the old servlet class and one 

associated with the new. 

As servlet engines differ in their class-reloading policies, the Singleton behavior is 

unpredictable unless you understand how your servlet engine's class-loading mechanisms work. 

Similar problems can occur if you hold a reference from another object to a servlet and some 

chain of references keeps that object from the garbage collector. Then, when the servlet class 

should be discarded, it cannot be, and you may find the servlet class loaded twice in the VM. 

Multiple instances resulting from incorrect synchronization 
One of the common Singleton implementations uses lazy initialization of the one instance. That 

means that the instance is not created when the class loads, but rather when it is first used. 

(See Listing 2.) A common mistake with that implementation is to neglect synchronization, which 

can lead to multiple instances of the singleton class. (See Listing 3.) 

Listing 3
// error, no synchronization on method 
public static MySingleton getInstance() { 
if (_instance==null) { 
　_instance = new MySingleton(); 
} 

return _instance; 
} 


Two Singletons will be created if the constructor runs and simultaneously another thread calls 

the method. Thread-safe code is particularly important in Singletons, since that Design Pattern 

is meant to give the user a single point of access that hides the complexities of the 

implementation, including multithreading issues. 

Multiple instances can be created even if you add a synchronized(this) block to the constructor 

call, as in Listing 4: 

Listing 4
// Also an error, synchronization does not prevent 
// two calls of constructor. 
public static MySingleton getInstance() { 
if (_instance==null) { 
　 synchronized (this) { 
　　　_instance = new MySingleton(); 
　 } 
} 
return _instance; 
} 


In the correct solution, seen in Listing 5, make getInstance() a synchronized method: 

Listing 5
// correct solution 
public static synchronized MySingleton getInstance() { 
// . . . continue as in Listing 3 


Double-checked locking is another common solution but, unfortunately, it does not work (see 

Listing 6). 

Listing 6
// Double-checked locking -- don't use 
public static MySingleton getInstance() { 
if (_instance==null) { 
　 synchronized (MySingleton.class) { 
　　 if (_instance==null) { 
　　　　_instance = new MySingleton(); 
　　 } 
　 } 
} 
} 


In this situation, we intend to avoid the expense of grabbing the lock of the Singleton class 

every time the method is called. The lock is grabbed only if the Singleton instance does not 

exist, and then the existence of the instance is checked again in case another thread passed the 

first check an instant before the current thread. 

Unfortunately, double-checked locking causes problems. To wit, compiler optimizations can make 

the assignment of the new Singleton object before all its fields are initialized. (See 

"Double-checked locking is broken" in Resources.) The only practical solution is to synchronize 

the getInstance() method (as in Listing 2). 

Multiple Singletons arising when someone has subclassed your Singleton 
The Singleton Design Pattern is meant to give you control over access to the Singleton class. 

While I have mostly discussed the control of instantiation, other code can access your class 

another way: by subclassing it. 

The uniqueness of the class cannot be imposed as a compile-time constraint on the subclass unless 

you use a private constructor. If you want to allow subclassing, for example, you might make the 

constructor protected. A subclass could then expose a public constructor, allowing anyone to make 

instances. Since an instance of a subclass is an instance of your superclass, you could find 

multiple instances of the Singleton. 

Multiple Singletons created by a factory specially asked to create multiple objects 
One of the strengths of the Singleton design pattern, as opposed to static methods, is that if 

you change your mind and want more than one, the Singleton class can be easily altered. 

For example, most servlets run as Singletons in their servlet engines. Since that can cause 

threading problems, in one alternative (not recommended, but available) the servlet can implement 

SingleThreadModel. In that case, the servlet engine may, if necessary, create more than one 

servlet instance. If you are used to the more common Singleton servlets, you may forget that some 

servlets can occur in multiple instances. 

Copies of a Singleton object that has undergone serialization and deserialization 
If you have a serialized object and deserialize it twice, you get two distinct objects, not two 

references to the same object. 

Likewise, when you serialize an object with an ObjectOutputStream, the closure of its graph of 

references serializes with it. If the ObjectOutputStream closes and a new one opens, or if 

reset() is called on the ObjectOutputStream, the graph of references breaks and a new one is 

started. So if you serialize one Singleton twice, the two serialized objects take on separate 

identities. 

The object serialization of the java.io package is not the only way to serialize Java objects. 

New mechanisms of object serialization with XML have been developed, including those associated 

with SOAP, WDDX, and KOALA, among others. With all those mechanisms, a reconstituted object loses 

its referential identity, and you have to consider carefully whether your Singleton is still a 

Singleton. 

Multiple Singletons caused by problems in a factory 
In some implementations of creational design patterns in the factory family, the factory is a 

Singleton structured to create an instance of another class. That second class might not have any 

Singleton-like protection against multiple instantiation, on the grounds that the factory will 

ensure that it constructs only one instance. 

If you accidentally have more than one factory object for one of the reasons above, you will 

still have two of the created objects, even if each factory object is built correctly. 

Conclusion 
Singletons are a useful way to control access to a class, making sure that only one instance can 

exist. In some none-too-uncommon circumstances, however, multiple instances can occur, even in a 

class coded as a Singleton. By being aware of the possibility, you can be sure that your 

Singleton really is a Singleton. 

In this article, I've presented some ways that the multiple Singleton might emerge. If you've 

discovered any others, I'd be interested in hearing about them. 

Acknowledgement 
My thanks to Alexander Radzin for valuable comments on this article.　

About the author 
Joshua Fox is senior architect at Surf&Call Network Services at which he develops distributed 

Java systems. His current project is an Internet service that allows customers and call-center 

agents to surf the Web together. You can view his software engineering Website at