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Java中单例(Singleton)模式是一种广泛使用的设计模式。单例模式的主要作用是保证在Java程序中,某个类只有一个实例存在。
它的核心在于,单例模式可以保证一个类仅创建一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。
一些管理器和控制器常被设计成单例模式。
单例模式好处:
它能够避免实例对象的重复创建,不仅可以减少每次创建对象的时间开销,还可以节约内存空间;
能够避免由于操作多个实例导致的逻辑错误。
如果一个对象有可能贯穿整个应用程序,而且起到了全局统一管理控制的作用,那么单例模式也许是一个值得考虑的选择。
单例模式有很多种写法,大部分写法都或多或少有一些不足。下面将分别对这几种写法进行介绍。
该模式有三个基本要点:
// 饿汉模式
public final class Singleton {
private static Singleton instance=new Singleton();// 自行创建实例
private Singleton(){}// 构造函数
public static Singleton getInstance(){// 通过该函数向整个系统提供实例
return instance;
}
}
从代码中我们看到,类的构造函数定义为private的,保证其他类不能实例化此类,然后提供了一个静态实例并返回给调用者。饿汉模式是最简单的一种实现方式,饿汉模式在类加载的时候就对实例进行创建,实例在整个程序周期都存在。
// 懒汉模式
public final class Singleton {
private static Singleton instance= null;// 不实例化
private Singleton(){}// 构造函数
public static Singleton getInstance(){// 通过该函数向整个系统提供实例
if(null == instance){// 当 instance 为 null 时,则实例化对象,否则直接返回对象
instance = new Singleton();// 实例化对象
}
return instance;// 返回已存在的对象
}
}
以上代码在单线程下运行是没有问题的,但要运行在多线程下,就会出现实例化多个类对象的情况。这是怎么回事呢?
当线程 A 进入到 if 判断条件后,开始实例化对象,此时 instance 依然为 null;又有线程 B 进入到 if 判断条件中,之后也会通过条件判断,进入到方法里面创建一个实例对象。
所以我们需要对该方法进行加锁,保证多线程情况下仅创建一个实例。这里我们使用 Synchronized 同步锁来修饰 getInstance 方法:
// 懒汉模式 + synchronized 同步锁
public final class Singleton {
private static Singleton instance= null;// 不实例化
private Singleton(){}// 构造函数
public static synchronized Singleton getInstance(){// 加同步锁,通过该函数向整个系统提供实例
if(null == instance){// 当 instance 为 null 时,则实例化对象,否则直接返回对象
instance = new Singleton();// 实例化对象
}
return instance;// 返回已存在的对象
}
}
但同步锁会增加锁竞争,带来系统性能开销,从而导致系统性能下降,因此这种方式也会降低单例模式的性能。
还有,每次请求获取类对象时,都会通过 getInstance() 方法获取,除了第一次为 null,其它每次请求基本都是不为 null 的。在没有加同步锁之前,是因为 if 判断条件为 null 时,才导致创建了多个实例。基于以上两点,我们可以考虑将同步锁放在 if 条件里面,这样就可以减少同步锁资源竞争。
// 懒汉模式 + synchronized 同步锁
public final class Singleton {
private static Singleton instance= null;// 不实例化
private Singleton(){}// 构造函数
public static Singleton getInstance(){// 加同步锁,通过该函数向整个系统提供实例
if(null == instance){// 当 instance 为 null 时,则实例化对象,否则直接返回对象
synchronized (Singleton.class){
instance = new Singleton();// 实例化对象
}
}
return instance;// 返回已存在的对象
}
}
你是不是觉得这样就可以了呢?答案是依然会创建多个实例。这是因为当多个线程进入到 if 判断条件里,虽然有同步锁,但是进入到判断条件里面的线程依然会依次获取到锁创建对象,然后再释放同步锁。所以我们还需要在同步锁里面再加一个判断条件
这个问题在Java面试中经常被问到,但是面试官对回答此问题的满意度仅为50%。
一半的人写不出双检锁,还有一半的人说不出它的隐患和Java1.5是如何对它修正的。
它其实是一个用来创建线程安全的单例的老方法,当单例实例第一次被创建时它试图用单个锁进行性能优化,
但是由于太过于复杂在JDK1.4中它是失败的,我个人也不喜欢它。无论如何,即便你也不喜欢它但是还是要了解一下,因为它经常被问到。
// 懒汉模式 + synchronized 同步锁 + double-check
public final class Singleton {
private static Singleton instance= null;// 不实例化
private Singleton(){}// 构造函数
public static Singleton getInstance(){// 加同步锁,通过该函数向整个系统提供实例
if(null == instance){// 第一次判断,当 instance 为 null 时,则实例化对象,否则直接返回对象
synchronized (Singleton.class){// 同步锁
if(null == instance){// 第二次判断
instance = new Singleton();// 实例化对象
}
}
}
return instance;// 返回已存在的对象
}
}
可以看到上面在同步代码块内多了一层instance为空的判断。由于单例对象只需要创建一次,如果后面再次调用getInstance()只需要直接返回单例对象。
我们看到双重校验锁即实现了延迟加载,又解决了线程并发问题,同时还解决了执行效率问题,是否真的就万无一失了呢?
Happens-Before 规则 通过字面意思,你可能会误以为是前一个操作发生在后一个操作之前。然而真正的意思是,前一个操作的结果可以被后续的操作获取。这条规则规范了编译器对程序的重排序优化。
理解volatile关键字的作用的前提是要理解Java内存模型,volatile关键字的作用主要有两个:
(1)多线程主要围绕可见性和原子性两个特性而展开,使用volatile关键字修饰的变量,保证了其在多线程之间的可见性,
即每次读取到volatile变量,一定是最新的数据
(2)代码底层执行不像我们看到的高级语言—-Java程序这么简单,
它的执行是Java代码–>字节码–>根据字节码执行对应的C/C++代码–>C/C++代码被编译成汇编语言–>和硬件电路交互,
现实中,为了获取更好的性能JVM可能会对指令进行重排序,多线程下可能会出现一些意想不到的问题。
使用volatile则会对禁止语义重排序,当然这也一定程度上降低了代码执行效率
从实践角度而言,volatile的一个重要作用就是和CAS结合,保证了原子性,
详细的可以参见java.util.concurrent.atomic包下的类,比如AtomicInteger。
CAS(Compare and swap)比较和替换是设计并发算法时用到的一种技术。
简单来说,比较和替换是使用一个期望值和一个变量的当前值进行比较,如果当前变量的值与我们期望的值相等,就使用一个新值替换当前变量的值。
volatile是一个特殊的修饰符,只有成员变量才能使用它。
在Java并发程序缺少同步类的情况下,多线程对成员变量的操作对其它线程是透明的。
volatile变量可以保证下一个读取操作会在前一个写操作之后发生。
来源: http://blog.csdn.net/fly910905/article/details/79283557
代码如下:
// 懒汉模式 + synchronized 同步锁 + double-check
public final class Singleton {
private volatile static Singleton instance= null;// 不实例化
public List<String> list = null;//list 属性
private Singleton(){
list = new ArrayList<String>();
}// 构造函数
public static Singleton getInstance(){// 加同步锁,通过该函数向整个系统提供实例
if(null == instance){// 第一次判断,当 instance 为 null 时,则实例化对象,否则直接返回对象
synchronized (Singleton.class){// 同步锁
if(null == instance){// 第二次判断
instance = new Singleton();// 实例化对象
}
}
}
return instance;// 返回已存在的对象
}
}
除了上面的三种方式,还有另外一种实现单例的方式,通过静态内部类来实现。
首先看一下它的实现代码:
// 懒汉模式 内部类实现
public final class Singleton {
public List<String> list = null;// list 属性
private Singleton() {// 构造函数
list = new ArrayList<String>();
}
// 内部类实现
public static class InnerSingleton {
private static Singleton instance=new Singleton();// 自行创建实例
}
public static Singleton getInstance() {
return InnerSingleton.instance;// 返回内部类中的静态变量
}
}
这种方式同样利用了类加载机制来保证只创建一个instance实例。它与饿汉模式一样,也是利用了类加载机制,因此不存在多线程并发的问题。
不一样的是,它是在内部类里面去创建对象实例。
这样的话,只要应用中不使用内部类,JVM就不会去加载这个单例类,也就不会创建单例对象,从而实现懒汉式的延迟加载。也就是说这种方式可以同时保证延迟加载和线程安全。
枚举模式最安全,反射和序列化都是单例。 《Effective Java》作者也是强烈推荐枚举方式实现单例。
public class Resource {
private Resource(){}
/**
* 枚举类型是线程安全的,并且只会装载一次
*/
private enum Singleton{
INSTANCE;
private final Resource instance;
Singleton(){
instance = new Resource();
}
private Resource getInstance(){
return instance;
}
}
public static Resource getInstance(){
return Singleton.INSTANCE.getInstance();
}
}
下面我们来看看单例是如何被保证的:
public abstract class
Enum<E extends Enum<E>>implements Comparable<E>,
Serializable
单元素的枚举类型已经成为实现Singleton的最佳方法。
或者使用
public enum DataSourceEnum {
DATASOURCE;
private DBConnection connection = null;
private DataSourceEnum() {
connection = new DBConnection();
}
public DBConnection getConnection() {
return connection;
}
}
示例:
/**
* @Title: java单例之enum实现方式
* @ClassName: EnumSingleton.java
* @Description:
*
* @Copyright 2016-2018 - Powered By 研发中心
* @author: 王延飞
* @date: 2018-02-07 20:02
* @version V1.0
*/
public class EnumSingleton{
private EnumSingleton(){}
public static EnumSingleton getInstance(){
return Singleton.INSTANCE.getInstance();
}
private static enum Singleton{
INSTANCE;
private EnumSingleton singleton;
//JVM会保证此方法绝对只调用一次
private Singleton(){
singleton = new EnumSingleton();
}
public EnumSingleton getInstance(){
return singleton;
}
}
public static void main(String[] args) {
EnumSingleton obj1 = EnumSingleton.getInstance();
EnumSingleton obj2 = EnumSingleton.getInstance();
//输出结果:obj1==obj2?true
System.out.println("obj1==obj2?" + (obj1==obj2));
}
}
而枚举类很好的解决了这两个问题,使用枚举除了线程安全和防止反射调用构造器之外,还提供了自动序列化机制,防止反序列化的时候创建新的对象。
首先要说的是单例模式的线程安全意味着:某个类的实例在多线程环境下只会被创建一次出来。单例模式有很多种的写法,我总结一下:
(1)饿汉式:线程安全 (2)懒汉式:非线程安全 (3)双检锁:线程安全 (4)静态内部类:线程安全 (5)枚举:线程安全
如果我们在程序启动后,一定会加载到类,那么用饿汉模式实现的单例简单又实用; 如果我们是写一些工具类,则优先考虑使用懒汉模式,因为很多项目可能会引用到 jar 包,但未必会使用到这个工具类,懒汉模式实现的单例可以避免提前被加载到内存中,占用系统资源。
参考来源: http://www.importnew.com/12773.html
发布者:全栈程序员栈长,转载请注明出处:https://javaforall.cn/160055.html原文链接:https://javaforall.cn