【设计模式】单例设计模式
来源:互联网 发布:网络教育专业推荐 编辑:程序博客网 时间:2024/05/16 07:02
1.单例模式的定义
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。
2.单例模式的特点
- 单例类只能有一个实例。
- 单例类必须自己创建自己的唯一实例。
- 单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
3.单例模式的应用
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。
4.单例模式的Java代码
单例模式分为懒汉式(需要才去创建对象)和饿汉式(创建类的实例时就去创建对象)。
5.饿汉式
- 属性实例化对象
//饿汉模式:线程安全,耗费资源。public class HugerSingletonTest { //该对象的引用不可修改 private static final HugerSingletonTest ourInstance = new HugerSingletonTest(); public static HugerSingletonTest getInstance() { return ourInstance; } private HugerSingletonTest() { }}
- 在静态代码块实例对象
public class Singleton { private static Singleton ourInstance; static { ourInstance = new Singleton(); } public static Singleton getInstance() { return ourInstance; } private Singleton() { }}
分析:饿汉式单例模式只要调用了该类,就会实例化一个对象,但有时我们并只需要调用该类中的一个方法,而不需要实例化一个对象,所以饿汉式是比较消耗资源的。
6.懒汉式
- 非线程安全
public class Singleton { private static Singleton ourInstance; public static Singleton getInstance() { if (null == ourInstance) { ourInstance = new Singleton(); } return ourInstance; } private Singleton() { }}
分析:如果有两个线程同时调用getInstance()方法,则会创建两个实例化对象。所以是非线程安全的。
- 线程安全:给方法加锁
public class Singleton { private static Singleton ourInstance; public synchronized static Singleton getInstance() { if (null == ourInstance) { ourInstance = new Singleton(); } return ourInstance; } private Singleton() { }}
分析:如果有多个线程调用getInstance()方法,当一个线程获取该方法,而其它线程必须等待,消耗资源。
- 线程安全:双重检查锁(同步代码块)
public class Singleton { private static Singleton ourInstance; public synchronized static Singleton getInstance() { if (null == ourInstance) { synchronized (Singleton.class) { if (null == ourInstance) { ourInstance = new Singleton(); } } } return ourInstance; } private Singleton() { }}
分析:为什么需要双重检查锁呢?因为第一次检查是确保之前是一个空对象,而非空对象就不需要同步了,空对象的线程然后进入同步代码块,如果不加第二次空对象检查,两个线程同时获取同步代码块,一个线程进入同步代码块,另一个线程就会等待,而这两个线程就会创建两个实例化对象,所以需要在线程进入同步代码块后再次进行空对象检查,才能确保只创建一个实例化对象。
- 线程安全:静态内部类
public class Singleton { private static class SingletonHodler { private static Singleton ourInstance = new Singleton(); } public synchronized static Singleton getInstance() { return SingletonHodler.ourInstance; } private Singleton() { }}
分析:利用静态内部类,谋个线程在调用该方法时会创建一个实例化对象。
- 线程安全:枚举
enum SingletonTest { INSTANCE; public void whateverMethod() { }}
分析:枚举的方式是《Effective Java》书中提倡的方式,它不仅能避免多线程同步问题,而且还能防止反序列化重新创建新的对象,但是在枚举中的其他任何方法的线程安全由程序员自己负责。还有防止上面的通过反射机制调用私用构造器。不过,由于Java1.5中才加入enum特性,所以使用的人并不多。
7.指令重排序
我们再来思考一个问题,就是懒汉式的双重检查版本的单例模式,它一定是线程安全的吗?我会毫不犹豫的告诉你—不一定,因为在JVM的编译过程中会存在指令重排序的问题。
其实创建一个对象,往往包含三个过程。
对于singleton = new Singleton(),这不是一个原子操作,在 JVM 中包含的三个过程。- 1>给 singleton 分配内存
- 2>调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量,形成实例
- 3>将singleton对象指向分配的内存空间(执行完这步 singleton才是非 null 了)
但是,由于JVM会进行指令重排序,所以上面的第二步和第三步的顺序是不能保证的,最终的执行顺序可能是 1-2-3 也可能是 1-3-2。如果是 1-3-2,则在 3 执行完毕、2 未执行之前,被l另一个线程抢占了,这时 instance 已经是非 null 了(但却没有初始化),所以这个线程会直接返回 instance,然后使用,那肯定就会报错了。
针对这种情况,我们有什么解决方法呢?那就是把singleton声明成 volatile ,改进后的懒汉式线程安全(双重检查锁)的代码如下:
public class Singleton { //volatile的作用是:保证可见性、禁止指令重排序,但不能保证原子性 private volatile static Singleton ourInstance; public synchronized static Singleton getInstance() { if (null == ourInstance) { synchronized (Singleton.class) { if (null == ourInstance) { ourInstance = new Singleton(); } } } return ourInstance; } private Singleton() { }}
8.单例模式在JDK8源码中的使用
当然JDK源码中使用了大量的设计模式,那哪些地方使用了单例设计模式呢?
- Runtime类部分源码如下
//饿汉式单例设计模式public class Runtime { private static Runtime currentRuntime = new Runtime(); public static Runtime getRuntime() { return currentRuntime; } private Runtime() { } //省略很多行}
本人才疏学浅,若有错,请指出,谢谢!
如果你有更好的建议,可以留言我们一起讨论,共同进步!
衷心的感谢您能耐心的读完本篇博文!
参考链接:深入浅出单实例Singleton设计模式
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