java单例模式的线程安全
来源:互联网 发布:java开发架构设计 编辑:程序博客网 时间:2024/05/18 12:42
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多线程安全单例模式实例三(使用双重同步锁)
可以说单例模式是所有设计模式中最简单的一种。
单例模式就是说系统中对于某类的只能有一个对象,不可能出来第二个。
单例模式也是23中设计模式中在面试时少数几个会要求写代码的模式之一。主要考察的是多线程下面单例模式的线程安全性问题。
1.多线程安全单例模式实例一(不使用同步锁)
1 public class Singleton {2 private static Singleton sin=new Singleton(); ///直接初始化一个实例对象3 private Singleton(){ ///private类型的构造函数,保证其他类对象不能直接new一个该对象的实例4 }5 public static Singleton getSin(){ ///该类唯一的一个public方法 6 return sin;7 }8 }
上述代码中的一个缺点是该类加载的时候就会直接new 一个静态对象出来,当系统中这样的类较多时,会使得启动速度变慢 。现在流行的设计都是讲“延迟加载”,我们可以在第一次使用的时候才初始化第一个该类对象。所以这种适合在小系统。
2.多线程安全单例模式实例二(使用同步方法)
1 public class Singleton { 2 private static Singleton instance; 3 private Singleton (){ 4 5 } 6 public static synchronized Singleton getInstance(){ //对获取实例的方法进行同步 7 if (instance == null) 8 instance = new Singleton(); 9 return instance;10 }11 }
上述代码中的一次锁住了一个方法, 这个粒度有点大 ,改进就是只锁住其中的new语句就OK。就是所谓的“双重锁”机制。
3.多线程安全单例模式实例三(使用双重同步锁)
1 public class Singleton { 2 private static Singleton instance; 3 private Singleton (){ 4 } 5 public static Singleton getInstance(){ //对获取实例的方法进行同步 6 if (instance == null){ 7 synchronized(Singleton.class){ 8 if (instance == null) 9 instance = new Singleton(); 10 }11 }12 return instance;13 }14 15 }
以下是详细分析:
在所有的设计模式中,单例模式是我们在项目开发中最为常见的设计模式之一,而单例模式有很多种实现方式,你是否都了解呢?高并发下如何保证单例模式的线程安全性呢?如何保证序列化后的单例对象在反序列化后任然是单例的呢?这些问题在看了本文之后都会一一的告诉你答案,赶快来阅读吧!
什么是单例模式?
在文章开始之前我们还是有必要介绍一下什么是单例模式。单例模式是为确保一个类只有一个实例,并为整个系统提供一个全局访问点的一种模式方法。
从概念中体现出了单例的一些特点:
(1)、在任何情况下,单例类永远只有一个实例存在
(2)、单例需要有能力为整个系统提供这一唯一实例
为了便于读者更好的理解这些概念,下面给出这么一段内容叙述:
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。
正是由于这个特点,单例对象通常作为程序中的存放配置信息的载体,因为它能保证其他对象读到一致的信息。例如在某个服务器程序中,该服务器的配置信息可能存放在数据库或文件中,这些配置数据由某个单例对象统一读取,服务进程中的其他对象如果要获取这些配置信息,只需访问该单例对象即可。这种方式极大地简化了在复杂环境 下,尤其是多线程环境下的配置管理,但是随着应用场景的不同,也可能带来一些同步问题。
各式各样的单例实现
温馨提示:本文叙述中涉及到的相关源码可以在这里进行下载源码,读者可免积分下载。
1、饿汉式单例
饿汉式单例是指在方法调用前,实例就已经创建好了。下面是实现代码:
以上是单例的饿汉式实现,我们来看看饿汉式在多线程下的执行情况,给出一段多线程的执行代码:以上代码运行结果:
从运行结果可以看出实例变量额hashCode值一致,这说明对象是同一个,饿汉式单例实现了。
2、懒汉式单例
懒汉式单例是指在方法调用获取实例时才创建实例,因为相对饿汉式显得“不急迫”,所以被叫做“懒汉模式”。下面是实现代码:
这里实现了懒汉式的单例,但是熟悉多线程并发编程的朋友应该可以看出,在多线程并发下这样的实现是无法保证实例实例唯一的,甚至可以说这样的失效是完全错误的,下面我们就来看一下多线程并发下的执行情况,这里为了看到效果,我们对上面的代码做一小点修改:这里假设在创建实例前有一些准备性的耗时工作要处理,多线程调用:执行结果如下:
从这里执行结果可以看出,单例的线程安全性并没有得到保证,那要怎么解决呢?
3、线程安全的懒汉式单例
要保证线程安全,我们就得需要使用同步锁机制,下面就来看看我们如何一步步的解决 存在线程安全问题的懒汉式单例(错误的单例)。
(1)、 方法中声明synchronized关键字
出现非线程安全问题,是由于多个线程可以同时进入getInstance()方法,那么只需要对该方法进行synchronized的锁同步即可:
此时任然使用前面验证多线程下执行情况的MyThread类来进行验证,将其放入到org.mlinge.s03包下运行,执行结果如下:
从执行结果上来看,问题已经解决了,但是这种实现方式的运行效率会很低。同步方法效率低,那我们考虑使用同步代码块来实现:
(2)、 同步代码块实现
这里的实现能够保证多线程并发下的线程安全性,但是这样的实现将全部的代码都被锁上了,同样的效率很低下。(3)、 针对某些重要的代码来进行单独的同步(可能非线程安全)
针对某些重要的代码进行单独的同步,而不是全部进行同步,可以极大的提高执行效率,我们来看一下:
此时同样使用前面验证多线程下执行情况的MyThread类来进行验证,将其放入到org.mlinge.s04包下运行,执行结果如下:从运行结果来看,这样的方法进行代码块同步,代码的运行效率是能够得到提升,但是却没能保住线程的安全性。看来还得进一步考虑如何解决此问题。
(4)、 Double Check Locking 双检查锁机制(推荐)
为了达到线程安全,又能提高代码执行效率,我们这里可以采用DCL的双检查锁机制来完成,代码实现如下:
将前面验证多线程下执行情况的MyThread类放入到org.mlinge.s05包下运行,执行结果如下:从运行结果来看,该中方法保证了多线程并发下的线程安全性。
这里在声明变量时使用了volatile关键字来保证其线程间的可见性;在同步代码块中使用二次检查,以保证其不被重复实例化。集合其二者,这种实现方式既保证了其高效性,也保证了其线程安全性。
4、使用静态内置类实现单例模式
DCL解决了多线程并发下的线程安全问题,其实使用其他方式也可以达到同样的效果,代码实现如下:
以上代码就是使用静态内置类实现了单例模式,这里将前面验证多线程下执行情况的MyThread类放入到org.mlinge.s06包下运行,执行结果如下:从运行结果来看,静态内部类实现的单例在多线程并发下单个实例得到了保证。
5、序列化与反序列化的单例模式实现
静态内部类虽然保证了单例在多线程并发下的线程安全性,但是在遇到序列化对象时,默认的方式运行得到的结果就是多例的。
代码实现如下:
序列化与反序列化测试代码:运行以上代码,得到的结果如下:从结果中我们发现,序列号对象的hashCode和反序列化后得到的对象的hashCode值不一样,说明反序列化后返回的对象是重新实例化的,单例被破坏了。那怎么来解决这一问题呢?解决办法就是在反序列化的过程中使用readResolve()方法,单例实现的代码如下:
6、使用static代码块实现单例
静态代码块中的代码在使用类的时候就已经执行了,所以可以应用静态代码块的这个特性的实现单例设计模式。
测试代码如下:运行结果如下:从运行结果看,单例的线程安全性得到了保证。7、使用枚举数据类型实现单例模式
枚举enum和静态代码块的特性相似,在使用枚举时,构造方法会被自动调用,利用这一特性也可以实现单例:
测试代码如下:执行后得到的结果:运行结果表明单例得到了保证,但是这样写枚举类被完全暴露了,据说违反了“职责单一原则”,那我们来看看怎么进行改造呢。
8、完善使用enum枚举实现单例模式
不暴露枚举类实现细节的封装代码如下:
以上就是本文要介绍的所有单例模式的实现,相信认真阅读的读者都已经明白文章开头所引入的那几个问题了,祝大家读得开心:-D!
备注:本文的编写思路和实例源码参照《Java多线程编程核心技术》-(高洪岩)一书中第六章的学习案例撰写。
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