单例模式
来源:互联网 发布:百度大数据分析工具 编辑:程序博客网 时间:2024/05/18 15:29
设计模式-单例模式
一、定义:
单例对象(Singleton)是一种常用的设计模式。在Java应用中,单例对象能保证在一个JVM中,该对象只有一个实例存在。
二、优点:
1.某些类创建比较繁琐,对于大型的项目,这是很大的开销。
2.省去new 操作符,降低系统内存的使用频率,减轻GC(垃圾回收器)压力。
3.有些交易所的核心交易引擎,控制着交易流程,只能创建一个,单例模型解决此问题。
三、单例模式:
1.饿汉模式:
public class Singleton1 { /* 持有私有静态实例,防止被引用*/ private static Singleton1 instance = new Singleton1(); /* 私有构造方法,防止被实例化 */ private Singleton1() {} /* 静态工程方法,返回Singleton实例 */ public static Singleton1 getInstance() { return instance; } /* 如果该对象被用于序列化,可以保证对象在序列化前后保持一致 */ private Object readResolve() { return instance; } }
问题:这个类是可以实现单例模式的,但是存在不少问题,比如在类中不管用户是否要使用该类的对象,就先创建好了一个实例放在内存中。
2.懒汉模式:
public class Singleton2 { /* 持有私有静态实例,防止被引用,此处赋值为null,目的是实现延迟加载 */ private static Singleton instance = null; /* 私有构造方法,防止被实例化 */ private Singleton() {} /* 静态工程方法,创建实例 */ public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } /* 如果该对象被用于序列化,可以保证对象在序列化前后保持一致 */ private Object readResolve() { return instance; } }
问题:这个类可以满足基本要求,但是,像这样毫无线程安全保护的类,如果我们把它放入多线程的环境下,肯定就会出现问题。
3.解决多线程问题(加锁)
public class Singleton3 { /* 持有私有静态实例,防止被引用,此处赋值为null,目的是实现延迟加载 */ private static Singleton3 instance = null; /* 私有构造方法,防止被实例化 */ private Singleton3() {} /* 静态工程方法,创建实例 */ public static synchronized Singleton3 getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton3(); } return instance; } /* 如果该对象被用于序列化,可以保证对象在序列化前后保持一致 */ public Object readResolve() { return instance; } }
问题:多线程只是可能在对象没产生时产生问题,一旦对象产生,其他线程调用是不需要锁的。synchronized作为修饰符在方法上使用,在性能上会有所下降,因为每次调用getInstance(),都要对对象上锁,事实上,只有在第一次创建对象的时候需要加锁,之后就不需要了,所以,这个地方需要改进。
4.上锁的改进:
public class Singleton4 { /* 持有私有静态实例,防止被引用,此处赋值为null,目的是实现延迟加载 */ private static Singleton4 instance = null; /* 私有构造方法,防止被实例化 */ private Singleton4() {} /* 静态工程方法,创建实例 */ public static Singleton4 getInstance() { if (instance == null) { synchronized (Singleton4.class) { if (instance == null) { instance = new Singleton4(); } } } return instance; } /* 如果该对象被用于序列化,可以保证对象在序列化前后保持一致 */ public Object readResolve() { return instance; } }
问题:似乎解决了之前提到的问题,将synchronized关键字加在了方法内部,也就是说当调用的时候是不需要加锁的,只有在instance为null,并创建对象的时候才需要加锁,性能有一定的提升。但是,这样的情况,还是有可能有问题的。
看下面的情况:在Java指令中创建对象和赋值操作是分开进行的,也就是说instance = new Singleton();语句并非是一个原子操作,在 JVM 中这句代码大概做了下面 3件事情:
(1)给 new的对象 分配内存
(2)调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量
(3)将引用instance指向分配的内存空间(执行完这步 instance 就为非 null 了)
但是在 JVM 的即时编译器中存在指令重排序的优化。也就是说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。如果是后者,则在 3 执行完毕、2 未执行之前,另外一个线程B抢夺到了CPU的执行权,这时instance已经是非null了(但却没有初始化),所以线程B会直接返回 instance,然后使用,结果就会出现问题了(因为对象还没有初始化)。
5.对非原子操作的改进:
解决方案:使用内部类来维护单例的实现,JVM内部的机制能够保证当一个类被加载的时候,这个类的加载过程是线程互斥的(就是加载完毕后别的线程才能使用)。这样当我们第一次调用getInstance的时候,JVM能够帮我们保证instance只被创建一次,并且会保证把赋值给instance的内存初始化完毕,这样我们就不用担心上面的问题。同时该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制,这样就解决了低性能问题。
public class Singleton5 { /* 私有构造方法,防止被实例化 */ private Singleton5() {} /* 此处使用一个内部类来维护单例 */ private static class SingletonFactory { private static Singleton5 instance = new Singleton5(); } /* 获取实例 */ public static Singleton5 getInstance() { return SingletonFactory.instance; } /* 如果该对象被用于序列化,可以保证对象在序列化前后保持一致 */ public Object readResolve() { return getInstance(); } }
问题:但是如果在构造函数中抛出异常,实例将永远得不到创建,也会出错。例如,我们还可以使用反射去创建这个类的对象,即使它的构造器是私有的,我们也是可以调用到的。那么这个时候我们就需要再次修改代码去访问别人反射调用构造器。
6.对反射获取新对象的改进:
public class Singleton6 { //标记位 private volatile static boolean flag; /* 私有构造方法,防止被实例化 */ private Singleton6() { if(!flag){ flag = true; }else{ throw new RuntimeException("不能多次创建单例对象"); } } /* 此处使用一个内部类来维护单例 */ private static class SingletonFactory { private static Singleton6 instance = new Singleton6(); } /* 获取实例 */ public static Singleton6 getInstance() { return SingletonFactory.instance; } /* 如果该对象被用于序列化,可以保证对象在序列化前后保持一致 */ private Object readResolve() { return getInstance(); } }
问题:反射的问题处理完了之后,这里还有一个问题,就是如果把单例对象进行序列化然后再反序列化,那么内存中就会出现俩个一样的单例对象,只是内存地址同。这种情况我们可以使用readResolve方法来防止。
7.序列化和反序列化解决
import java.io.ByteArrayInputStream;import java.io.ByteArrayOutputStream;import java.io.InputStream;import java.io.ObjectInputStream;import java.io.ObjectOutputStream;import java.io.Serializable;public class Singleton7 implements Serializable{ private static final long serialVersionUID = 7863921642936733566L; private volatile static boolean flag; /* 私有构造方法,防止被实例化 */ private Singleton7() { if(!flag){ flag = false; }else{ throw new RuntimeException("不能多次创建单例对象"); } } /* 此处使用一个内部类来维护单例 */ private static class SingletonFactory { private static Singleton7 instance = new Singleton7(); } /* 获取实例 */ public static Singleton7 getInstance() { return SingletonFactory.instance; } /* 如果该对象被用于序列化,可以保证对象在序列化前后保持一致 */ /* 把这个方法注释前和注释后来运行测试代码观察结果 */ private Object readResolve() { return getInstance(); } }
测试代码:
import java.io.ByteArrayInputStream;import java.io.ByteArrayOutputStream;import java.io.InputStream;import java.io.ObjectInputStream;import java.io.ObjectOutputStream;public class Singleton7 implements Serializable{ private static final long serialVersionUID = 78923616429237696L; private volatile static boolean flag; /* 私有构造方法,防止被实例化 */ private Singleton7() { if(!flag){ flag = false; }else{ throw new RuntimeException("不能多次创建单例对象"); } } /* 此处使用一个内部类来维护单例 */ private static class SingletonFactory { private static Singleton7 instance = new Singleton7(); } /* 获取实例 */ public static Singleton7 getInstance() { return SingletonFactory.instance; } /* 如果该对象被用于序列化,可以保证对象在序列化前后保持一致 */ /* 把这个方法注释前和注释后来运行测试代码观察结果 */ private Object readResolve() { return getInstance(); } }
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