前往小程序,Get更优阅读体验!
立即前往
首页
学习
活动
专区
工具
TVP
发布
社区首页 >专栏 >JAVA设计模式之单例模式

JAVA设计模式之单例模式

作者头像
秋白
发布2019-07-02 18:11:35
4060
发布2019-07-02 18:11:35
举报
文章被收录于专栏:java小白

一、概念

java中单例模式是一种常见的设计模式,单例模式的写法有好几种,这里主要介绍三种:懒汉式单例、饿汉式单例。

单例模式有以下特点:

  1. 单例模式确保当前系统只有一个实例
  2. 单例类必须自己创建自己的唯一实例
  3. 单例类必须给其他对象提供这一实例

单例模式确保某个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。在计算机系统中,线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能。每台计算机可以有若干个打印机,但只能有一个Printer Spooler,以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干通信端口,系统应当集中管理这些通信端口,以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。总之,选择单例模式就是为了避免不一致状态,避免政出多头。

二、代码实现

懒汉式单例

代码语言:javascript
复制
//懒汉式单例类.在第一次调用的时候实例化自己 
public class Singleton {
    private Singleton() {}
    private static Singleton single=null;
    //静态工厂方法 
    public static Singleton getInstance() {
         if (single == null) {  
             single = new Singleton();
         }  
        return single;
    }
}

Singleton通过将构造方法限定为private避免了类在外部被实例化,在同一个虚拟机范围内,Singleton的唯一实例只能通过getInstance()方法访问。(事实上,通过Java反射机制是能够实例化构造方法为private的类的,那基本上会使所有的Java单例实现失效。)

但是以上懒汉式单例的实现没有考虑线程安全问题,它是线程不安全的,并发环境下很可能出现多个Singleton实例,要实现线程安全,有以下方式,都是对getInstance这个方法改造,保证了懒汉式单例的线程安全。

1、getInstance方法上加同步

代码语言:javascript
复制
public static synchronized Singleton getInstance() {
         if (single == null) {  
             single = new Singleton();
         }  
        return single;
}

在方法调用上加了同步,虽然线程安全了,但是每次都要同步,会影响性能,毕竟大多数情况下是不需要同步的。

2、双重检查锁定

代码语言:javascript
复制
public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {  
            synchronized (Singleton.class) {  
               if (singleton == null) {  
                  singleton = new Singleton(); 
               }  
            }  
        }  
        return singleton; 
    }

为什么需要两次if判断呢?

因为在高并发时,两个线程AB都同时进入了第一个if判断,若A抢到了锁,实例化了一个对象,释放锁,然后B在抢到锁。此时如果不做第二次if判断的话,B线程将会再实例化一个对象。

在getInstance中做了两次null检查,确保了只有第一次调用单例的时候才会做同步,这样也是线程安全的,同时避免了每次都同步的性能损耗。

但这种双重检查锁定也是不安全的,不安全在这行代码上,singleton=new Singleton(),这一行代码可以分解为三行伪代码

代码语言:javascript
复制
memory=allocate();        //1:分配对象的内存空间
ctorInstance(memory)      //2: 初始化对象
instance=memory;          //3:设置instance指向刚分配的内存地址

上面的3行伪代码中,第二行和第三行可能会被重排序(在一些JIT编译器上,这种重排序是真实发生的)。2和3重排序之后的执行时序如下。

代码语言:javascript
复制
memory=allocate();        //1:分配对象的内存空间
instance=memory;          //2:设置instance指向刚分配的内存地址
ctorInstance(memory)      //3: 初始化对象

产生不安全的例子如下

多线程执行时序表

时间

线程A

线程B

t1

A1:分配对象的内存空间

t2

A3:设置instance指向内存空间

t3

B1:判断instance是否为空

t4

B2:由于instance不为null,线程B将访问instance引用对象

t5

A2:初始化对象

t6

A4:访问instance引用对象

3、基于volatile的单例

代码语言:javascript
复制
public class SafeDoubleCheckedLocking{
        private volatile static Instance instance;
        
        public static Instance getInstance(){
            if(instance==null){
                synchonized(SafeDoubleCheckedLocking.class){
                    //instance为volatile,这个操作具有原子性。不会导致重排序
                    instance=new Instance();
                }
            }
            return   instance;          
        }
}

4、基于类初始化的单例

原理:JVM在类的初始化阶段(即在Class被加载后,且被线程使用之前),会执行类的初始化。在执行类的初始化期间,JVM会去获取一个锁。这个锁可以同步多个线程对同一个类的初始化。

代码语言:javascript
复制
public class InstanceFactory{
    private static class InstanceHolder{
        public static Instance instance=new Instance();
    }
    
    public static Instance getInstance(){
        return InstanceHolder.instance();//这里将导致InstanceHolder类被初始化.
    }
}

JVM在类初始化期间会获取这个初始化锁,并且每个线程至少获取一次锁来确保这个类已经被初始化了。

5、饿汉式单例

代码语言:javascript
复制
//饿汉式单例类.在类初始化时,已经自行实例化   
public class Singleton1 {  
    private Singleton1() {}  
    private static final Singleton1 single = new Singleton1();  
    //静态工厂方法   
    public static Singleton1 getInstance() {  
        return single;  
    }  
}  

饿汉式在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用,以后不再改变,所以天生是线程安全的。

三、资源加载和性能

饿汉式在类创建的同时就实例化一个静态对象出来,不管之后会不会使用这个单例,都会占据一定的内存,但是相应的,在第一次调用时速度也会更快,因为其资源已经初始化完成。

而懒汉式顾名思义,会延迟加载,在第一次使用该单例的时候才会实例化对象出来,第一次调用时要做初始化,如果要做的工作比较多,性能上会有些延迟,之后就和饿汉式一样了。

转载地址:https://blog.csdn.net/jason0539/article/details/23297037/

本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划,分享自作者个人站点/博客。
原始发表:2018年06月21日,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 腾讯云自媒体同步曝光计划  ,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
  • 一、概念
  • 二、代码实现
    • 懒汉式单例
      • 1、getInstance方法上加同步
      • 2、双重检查锁定
  • 3、基于volatile的单例
  • 4、基于类初始化的单例
    • 5、饿汉式单例
    • 三、资源加载和性能
    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