【JavaEE学习笔记】设计模式_单例模式

设计模式_单例模式

A.概述

1.概述

单例模式，是整个设计模式中最简单的，也是开发中最常用的

有些对象，我们只需要一个，比如：线程池，缓存，对话框等

如果被实例化多次，会导致程序出现很多问题

比如：程序行为异常，资源使用过量，或者结果不一致

2.与全局变量的区别

只创建一次对象，我们也可以直接在成员位置创建对象

也就是全局变量，我们也经常使用

但如果是全局变量，那么程序已开始运行，就要创建对象

如果在项目中，这个对象非常消耗资源，而这次执行中又没有使用，那不就很浪费资源

而单利模式不同，只有在使用时，才被调用，并且只创建一次

因此，单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局的访问点

3.单例模式分类

a.同步getInstance()：单例模式之懒汉式

b.双重检查锁：单例模式之懒汉式

c.急切实例化：单例模式之饿汉式

4.下面就以一个巧克力工厂类来演示这三种模式

B.同步getInstance()

1.需求分析

巧克力的制作，需要计算机控制锅炉

将牛奶和巧克力融在一起，然后送到下一阶段

现在用代码模拟巧克力锅炉

package org.xxxx.oop.singleton;public class ChocolateBoiler {// 空的和煮过的private boolean empty;private boolean boiled;// 代码开始，锅炉是空的，也没煮过public ChocolateBoiler() {empty = true;boiled = false;}// 给锅炉添加原料public void fill() {// 必须是空的才能添加if (isEmpty()) {empty = false; // 锅炉满了boiled = false; // 但还没煮}}// 开始煮public void boil() {// 判断必须是满的，并且煮了if (!isEmpty() && isBoiled()) {boiled = true; // 煮了}}// 排除public void drain() {// 判断不为空，并且煮了if (!isEmpty() && isBoiled()) {empty = true; // 排空}}// 判断锅炉是否为空public boolean isEmpty() {return empty;}// 判断是否煮过public boolean isBoiled() {return boiled;}}

这就是一个完整的操作过程，看上去逻辑也很严谨

但我们想一下，如果存在两个实例，会发生什么样的事

一个锅炉只能是一个对象，因此，我们就要引入单例模式

2.初识单例模式

在每次创建对象时，判断是否存在，如果存在直接返回

只展示修改的代码，其他方法不变，参考上一段代码

package org.xxxx.oop.singleton;public class ChocolateBoiler {// 全局变量private static ChocolateBoiler cb = null;// 私有构造，不能通过外部创建对象private ChocolateBoiler() {}// 创建方法，实例化public static ChocolateBoiler getInstance() {// 判断是否为空if (cb == null) {cb = new ChocolateBoiler();}// 返回该对象return cb;}}

实例化问题解决了，我们再分析一下

一个工厂，不可能只有一个锅炉，会有很多

这么多锅炉也不是一个一个工作，肯定是同时工作

这就要考虑多线程，在【JavaSE学习笔记】多线程01这一部分中

引入了窗口卖票这一例子，多个窗口同时售票

会出现同一张票被多个窗口售出，余票为负数

线程不安全，为了使线程安全，因此就引入了同步机制

3.同步getInstance()代码

package org.xxxx.oop.singleton;public class ChocolateBoiler {// 全局变量private static ChocolateBoiler cb = null;// 私有构造，不能通过外部创建对象private ChocolateBoiler() {}// 创建方法，实例化 增加synchronized关键字public static synchronized ChocolateBoiler getInstance() {// 判断是否为空if (cb == null) {cb = new ChocolateBoiler();}// 返回该对象return cb;}}

通过增加synchronized关键字，迫使每个线程在进入这个方法之前

都必须等到别的线程离开这个方法，也就是说，两个线程不能同时出现在该方法中

4.缺点

这个方法比较简单有效，但同步机制可能会使程序执行效率下降100倍

如果使用频繁的话，就得重新考虑

同步锁会降低性能，当然对于不考虑性能的程序来说，无关紧要

C.双重检查锁

1.分析

对于同步Instance()来说，会降低程序的性能

我们考虑下，只有在线程第一次进入这个方法时才需要同步

也就是说，当对象被创建时，就不需要再去管同步了

2.volatile关键字

首先检查对象是否被实例化，如果没有，再进行同步

这就要引入volatile关键字，用来确保将变量的更新操作通知到其他线程

在两个或者更多的线程访问的成员变量上使用volatile

当要访问的变量已在synchronized代码块中，或者为常量时，不必使用

当把变量声明为volatile类型后，编译器与运行时都会注意到这个变量是共享的

因此不会将该变量上的操作与其他内存操作一起重排序

volatile变量不会被缓存在寄存器或者对其他处理器不可见的地方

因此在读取volatile类型的变量时总会返回最新写入的值。

在访问volatile变量时不会执行加锁操作，因此也就不会使执行线程阻塞

因此volatile变量是一种比sychronized关键字更轻量级的同步机制

3.当一个变量被volatile定义的特性

a.保证此变量对所有的线程的可见性，这里的"可见性"

可见性：当一个线程修改了这个变量的值，volatile保证了新值能立即同步到主内存，以及每次使用前立即从主内存刷新

b.禁止指令重排序优化

4.双重检查锁代码

package org.xxxx.oop.singleton;public class ChocolateBoiler {// 全局变量，用volatile修饰private volatile static ChocolateBoiler cb = null;// 私有构造，不能通过外部创建对象private ChocolateBoiler() {}// 创建方法，实例化 增加synchronized关键字public static ChocolateBoiler getInstance() {// 先判断是否为空if (cb == null) {// 对象不存在，开启同步锁synchronized (ChocolateBoiler.class) {// 进入同步机制后，再次判断一下是否存在if (cb == null) {// 不存在，创建对象cb = new ChocolateBoiler();}}}// 返回该对象return cb;}}

这样，当只有第一次创建对象时，才会进入同步机制

因此，大大的减少了getInstance()的时间消耗

5.缺点

在JDK1.4以及更低的版本，本方法不适用

D.急切实例化

1.概述

上述的两种单例模式方法

同步机制：性能过低

双重检查锁：不适用于旧版本

在此介绍急切实例化，也就是饿汉式，开发中常用，也比较简单

2.急切实例化代码

如果程序中总是要创建并使用单利模式

或者在创建和运行时的负担不太繁重，可以使用该方法

package org.xxxx.oop.singleton;public class ChocolateBoiler {// 全局变量，直接创建对象，静态初始化器，只执行一次，保证了线程安全、对象唯一private static ChocolateBoiler cb = new ChocolateBoiler();// 私有构造，不能通过外部创建对象private ChocolateBoiler() {}// 创建方法public static ChocolateBoiler getInstance() {// 返回该对象，对象已经创建了，直接返回return cb;}}

保证了在任何线程访问静态变量之前，一定先被实例化