首页
学习
活动
专区
工具
TVP
发布
社区首页 >专栏 >Java设计模式之(一)------单例模式

Java设计模式之(一)------单例模式

作者头像
IT可乐
发布2018-01-04 15:49:52
8220
发布2018-01-04 15:49:52
举报
文章被收录于专栏:IT可乐IT可乐

1、什么是单例模式?

  采取一定的办法保证在整个软件系统中,单例模式确保对于某个类只能存在一个实例。有如下三个特点:

  ①、单例类只能有一个实例

  ②、单例类必须自己创建自己的实例

  ③、单例类必须提供外界获取这个实例的方法

2、单例类的设计思想(Singleton)

  ①、外界不能创建这个类的实例,那么必须将构造器私有化。

public class Singleton {
	//构造器私有化
	private Singleton(){
		
	}

}

  ②、单例类必须自己创建自己的实例,不能允许在类的外部修改内部创建的实例,所以将这个实例用 private 声明。为了外界能访问到这个实例,我们还必须提供 get 方法得到这个实例。因为外界不能 new 这个类,所以我们必须用 static 来修饰字段和方法。

//在类的内部自己创建实例
	private static Singleton singleton = new Singleton();

	//提供get 方法以供外界获取单例
	public Singleton getInstance(){
		return singleton;
	}

3、单例模式之饿汉模式

public class Singleton {
	//构造器私有化
	private Singleton(){
		
	}
	//在类的内部自己创建实例
	private static Singleton singleton = new Singleton();

	//提供get 方法以供外界获取单例
	public static Singleton getInstance(){
		return singleton;
	}
	
}

  测试:

public static void main(String[] args) {
	Singleton s1 = Singleton.getInstance();
	Singleton s2 = Singleton.getInstance();
	System.out.println(s1.equals(s2)); //true
}

  这种模式避免了多线程的同步问题,不过在 类装载的时候就进行了实例化,有可能这个实例化过程很长,那么就会加大类装载的时间;有可能这个实例现阶段根本用不到,那么创建了这个实例,也会浪费内存。没有达到 lazy-loading 的效果。

4、单例模式之懒汉模式(线程不安全)

//懒汉模式
public class Singleton {
	//构造器私有化
	private Singleton(){
		
	}
	//在类的内部自己创建实例的引用
	private static Singleton singleton = null;

	//提供get 方法以供外界获取单例
	public static Singleton getInstance(){
		if(singleton == null){
			singleton = new Singleton();
		}
		return singleton;
	}
	
}

  这种方法达到了 lazy-loading 的效果,即我们在第一次需要得到这个单例的时候,才回去创建它的实例,以后再需要就可以不用创建,直接获取了。但是这种设计在多线程的情况下是不安全的。

  我们可以创建两个线程来看看这种情况:

public class ThreadSingleton extends Thread{
	@Override
	public void run() {
		try {
			System.out.println(Singleton.getInstance());
		} catch (Exception e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
	public static void main(String[] args) {
		ThreadSingleton s1 = new ThreadSingleton();
		s1.start(); //com.ys.pattern.Singleton@5994a1e9
		
		ThreadSingleton s2 = new ThreadSingleton();
		s2.start(); //com.ys.pattern.Singleton@40dea6bc
	}
}

  很明显:最后输出结果的两个实例是不同的。这便是线程安全问题。那么怎么解决这个问题呢?

  参考这篇博客:Java多线程同步:https://cloud.tencent.com/developer/article/1012630

5、单例模式之懒汉模式(线程安全)

这里我们采用同步代码块来达到线程安全

//懒汉模式线程安全
public class Singleton {
	//构造器私有化
	private Singleton(){
		
	}
	//在类的内部自己创建实例的引用
	private static Singleton singleton = null;

	//提供get 方法以供外界获取单例
	public static Singleton getInstance() throws Exception{
		synchronized (Singleton.class) {
			if(singleton == null){
				singleton = new Singleton();
			}
		}
		return singleton;
	}
	
}

6、单例模式之懒汉模式(线程安全)--双重校验锁

分析:上面的例子我们可以看到,synchronized 其实将方法内部的所有语句都已经包括了,每一个进来的线程都要单独进入同步代码块,判断实例是否存在,这就造成了性能的浪费。那么我们可以想到,其实在第一次已经创建了实例的情况下,后面再获取实例的时候,可不可以不进入这个同步代码块?

//懒汉模式线程安全--双重锁校验
public class Singleton {
	//构造器私有化
	private Singleton(){
		
	}
	//在类的内部自己创建实例的引用
	private static Singleton singleton = null;

	//提供get 方法以供外界获取单例
	public static Singleton getInstance() throws Exception{
		if(singleton == null){
			synchronized (Singleton.class) {
				if(singleton == null){
					singleton = new Singleton();
				}
			}
		}
		return singleton;
	}
	
}

  以上的真的完美解决了单例模式吗?其实并没有,请看下面:

7、单例模式之最终版

我们知道编译就是将源代码翻译成机械码的过程,而Java虚拟机的目标代码不是本地机器码,而是虚拟机代码。编译原理里面有个过程是编译优化,就是指在不改变原来语义的情况下,通过调整语句的顺序,来让程序运行的更快,这个过程称为 reorder。

  JVM 只是一个标准,它并没有规定有关编译器优化的内容,也就是说,JVM可以自由的实现编译器优化。

  那么我们来再来考虑一下,创建一个变量需要哪些步骤?

    ①、申请一块内存,调用构造方法进行初始化

    ②、分配一个指针指向该内存

  而这两步谁先谁后呢?也就是存在这样一种情况:先开辟一块内存,然后分配一个指针指向该内存,最后调用构造方法进行初始化。

  那么针对单例模式的设计,就会存在这样一个问题:线程 A 开始创建 Singleton 的实例,此时线程 B已经调用了 getInstance的()方法,首先判断 instance 是否为 null。而我们上面说的那种模型, A 已经把 instance 指向了那块内存,只是还没来得及调用构造方法进行初始化,因此 B 检测到 instance 不为 null,于是直接把  instance 返回了。那么问题出现了:尽管 instance 不为 null,但是 A 并没有构造完成,就想一套房子已经给了你钥匙,但是里面还没有装修,你并不能住进去。

  解决方案:使用 volatile 关键字修饰 instance

  我们知道在当前的Java内存模型下,线程可以把变量保存在本地内存(比如机器的寄存器)中,而不是直接在主存中进行读写。这就可能造成一个线程在主存中修改了一个变量的值,而另外一个线程还继续使用它在寄存器中的变量值的拷贝,造成数据的不一致。

  volatile修饰的成员变量在每次被线程访问时,都强迫从共享内存中重读该成员变量的值。而且,当成员变量发生变化时,强迫线程将变化值回写到共享内存。这样在任何时刻,两个不同的线程总是看到某个成员变量的同一个值。

//懒汉模式线程安全--volatile
public class Singleton {
	//构造器私有化
	private Singleton(){
		
	}
	//在类的内部自己创建实例的引用
	private static volatile Singleton singleton = null;

	//提供get 方法以供外界获取单例
	public static Singleton getInstance() throws Exception{
		if(singleton == null){
			synchronized (Singleton.class) {
				if(singleton == null){
					singleton = new Singleton();
				}
			}
		}
		return singleton;
	}
	
}

到此我们完美的解决了单例模式的问题。但是 volatile  关键字是 JDK1.5 才有的,也就是 JDK1.5 之前是不能这样用的

PS:我们还可以使用 枚举类型 或静态内部类来实现单例模式

8、单例模式之枚举类

public enum Singleton{
    INSTANCE;
    private Singleton(){}
}

9、单例模式之静态内部类

public class InnerSingleton {
    private InnerSingleton(){}
    public static InnerSingleton getInstance(){
        return Inner.instance;
    }
    static class Inner{
        static InnerSingleton instance = new InnerSingleton();
    }

    public static void main(String [] args){
        System.out.println(InnerSingleton.getInstance()==InnerSingleton.getInstance());//true
        System.out.println(InnerSingleton.getInstance().equals(InnerSingleton.getInstance()));//true

    }

单例模式的应用:

  1、windows 系统的回收站,我们能在任何盘符删除数据,但是最后都是到了回收站中

  2、网站的计数器,不过不采用单例模式,很难实现同步

  3、数据库连接池,可以节省打开或关闭数据库连接所引起的效率损耗,用单例模式来维护,可以大大降低这种损耗。

由上可以总结单例模式的应用场景:

  ①、资源共享

  ②、方便资源互相通信  

本文参与 腾讯云自媒体分享计划,分享自作者个人站点/博客。
原始发表:2017-05-22 ,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

本文分享自 作者个人站点/博客 前往查看

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

本文参与 腾讯云自媒体分享计划  ,欢迎热爱写作的你一起参与!

评论
登录后参与评论
0 条评论
热度
最新
推荐阅读
目录
  • 1、什么是单例模式?
  • 2、单例类的设计思想(Singleton)
  • 3、单例模式之饿汉模式
  • 4、单例模式之懒汉模式(线程不安全)
  • 5、单例模式之懒汉模式(线程安全)
  • 6、单例模式之懒汉模式(线程安全)--双重校验锁
  • 7、单例模式之最终版
  • 8、单例模式之枚举类
  • 9、单例模式之静态内部类
领券
问题归档专栏文章快讯文章归档关键词归档开发者手册归档开发者手册 Section 归档