JAVA单例模式
来源:互联网 发布:陕西大数据集团笔试题 编辑:程序博客网 时间:2024/05/30 21:59
1)单例模式的定义:
在整个应用中,保证一个类只有一个实例,它提供了一个可以访问到它自己的全局访问点(静态方法)。
单例模式有以下特点:
1、单例类只能有一个实例。
2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
单例模式中有区分了懒汉式和饿汉式,懒汉式主要是用时间来换空间,饿汉式则是用空间来换时间。饿汉式是线程安全的,懒汉式是非线程安全的,如果要实现懒汉式的非线程安全,则可以再访问点添加synchronized关键字声明即可。在其他的一些项目中还使用了双重检测枷锁机制。
一、懒汉式单例
//懒汉式单例类.在第一次调用的时候实例化自己 public class Singleton { private Singleton() {} private static Singleton single=null; //静态工厂方法 public static Singleton getInstance() { if (single == null) { single = new Singleton(); } return single; } }
Singleton通过将构造方法限定为private避免了类在外部被实例化,在同一个虚拟机范围内,Singleton的唯一实例只能通过getInstance()方法访问。
但是以上懒汉式单例的实现没有考虑线程安全问题,它是线程不安全的,并发环境下很可能出现多个Singleton实例,要实现线程安全,有以下三种方式,都是对getInstance这个方法改造,保证了懒汉式单例的线程安全,如果你第一次接触单例模式,对线程安全不是很了解,可以先跳过下面这三小条,去看饿汉式单例,等看完后面再回头考虑线程安全的问
1、在getInstance方法上加同步
public static synchronized Singleton getInstance() { if (single == null) { single = new Singleton(); } return single; }2、双重检查锁定
public static Singleton getInstance() { if (singleton == null) { synchronized (Singleton.class) { if (singleton == null) { singleton = new Singleton(); } } } return singleton; }
3、静态内部类
public class Singleton { private static class LazyHolder { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } private Singleton (){} public static final Singleton getInstance() { return LazyHolder.INSTANCE; } }
二、饿汉式单例
饿汉式在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用,以后不再改变,所以天生是线程安全的。
//饿汉式单例类.在类初始化时,已经自行实例化 public class Singleton1 { private Singleton1() {} private static final Singleton1 single = new Singleton1(); //静态工厂方法 public static Singleton1 getInstance() { return single; } }
三、登记式单例(可忽略)
//类似Spring里面的方法,将类名注册,下次从里面直接获取。 public class Singleton3 { private static Map<String,Singleton3> map = new HashMap<String,Singleton3>(); static{ Singleton3 single = new Singleton3(); map.put(single.getClass().getName(), single); } //保护的默认构造子 protected Singleton3(){} //静态工厂方法,返还此类惟一的实例 public static Singleton3 getInstance(String name) { if(name == null) { name = Singleton3.class.getName(); System.out.println("name == null"+"--->name="+name); } if(map.get(name) == null) { try { map.put(name, (Singleton3) Class.forName(name).newInstance()); } catch (InstantiationException e) { e.printStackTrace(); } catch (IllegalAccessException e) { e.printStackTrace(); } catch (ClassNotFoundException e) { e.printStackTrace(); } } return map.get(name); } //一个示意性的商业方法 public String about() { return "Hello, I am RegSingleton."; } public static void main(String[] args) { Singleton3 single3 = Singleton3.getInstance(null); System.out.println(single3.about()); } }
登记式单例实际上维护了一组单例类的实例,将这些实例存放在一个Map(登记薄)中,对于已经登记过的实例,则从Map直接返回,对于没有登记的,则先登记,然后返回。
这里我对登记式单例标记了可忽略,我的理解来说,首先它用的比较少,另外其实内部实现还是用的饿汉式单例,因为其中的static方法块,它的单例在类被装载的时候就被实例化了。
四、饿汉式和懒汉式区别
从名字上来说,饿汉和懒汉,
饿汉就是类一旦加载,就把单例初始化完成,保证getInstance的时候,单例是已经存在的了,
而懒汉比较懒,只有当调用getInstance的时候,才回去初始化这个单例。
另外从以下两点再区分以下这两种方式:
1、线程安全:
饿汉式天生就是线程安全的,可以直接用于多线程而不会出现问题,
懒汉式本身是非线程安全的,为了实现线程安全有几种写法,分别是上面的1、2、3,这三种实现在资源加载和性能方面有些区别。
2、资源加载和性能:
饿汉式在类创建的同时就实例化一个静态对象出来,不管之后会不会使用这个单例,都会占据一定的内存,但是相应的,在第一次调用时速度也会更快,因为其资源已经初始化完成,
而懒汉式顾名思义,会延迟加载,在第一次使用该单例的时候才会实例化对象出来,第一次调用时要做初始化,如果要做的工作比较多,性能上会有些延迟,之后就和饿汉式一样了。
至于1、2、3这三种实现又有些区别,
第1种,在方法调用上加了同步,虽然线程安全了,但是每次都要同步,会影响性能,毕竟99%的情况下是不需要同步的,
第2种,在getInstance中做了两次null检查,确保了只有第一次调用单例的时候才会做同步,这样也是线程安全的,同时避免了每次都同步的性能损耗
第3种,利用了classloader的机制来保证初始化instance时只有一个线程,所以也是线程安全的,同时没有性能损耗,所以一般我倾向于使用这一种。
什么是线程安全?
如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的,就是线程安全的。
或者说:一个类或者程序所提供的接口对于线程来说是原子操作,或者多个线程之间的切换不会导致该接口的执行结果存在二义性,也就是说我们不用考虑同步的问题,那就是线程安全的。
应用
以下是一个单例类使用的例子,以懒汉式为例,这里为了保证线程安全,使用了双重检查锁定的方式:
public class TestSingleton { String name = null; private TestSingleton() {} private static volatile TestSingleton instance = null; public static TestSingleton getInstance() { if (instance == null) { synchronized (TestSingleton.class) { if (instance == null) { instance = new TestSingleton(); } } } return instance; } public String getName() { return name; } public void setName(String name) { this.name = name; } public void printInfo() { System.out.println("the name is " + name); } }
volatile作为指令关键字,确保本条指令不会因编译器的优化而省略,且要求每次直接读值。
- 假设没有关键字volatile的情况下,两个线程A、B,都是第一次调用该单例方法,线程A先执行instance = new Instance(),该构造方法是一个非原子操作,编译后生成多条字节码指令,由于JAVA的指令重排序,可能会先执行instance的赋值操作,该操作实际只是在内存中开辟一片存储对象的区域后直接返回内存的引用,之后instance便不为空了,但是实际的初始化操作却还没有执行,如果就在此时线程B进入,就会看到一个不为空的但是不完整(没有完成初始化)的Instance对象,所以需要加入volatile关键字,禁止指令重排序优化,从而安全的实现单例。
public class TMain { public static void main(String[] args){ TestStream ts1 = TestSingleton.getInstance(); ts1.setName("jason"); TestStream ts2 = TestSingleton.getInstance(); ts2.setName("0539"); ts1.printInfo(); ts2.printInfo(); if(ts1 == ts2){ System.out.println("创建的是同一个实例"); }else{ System.out.println("创建的不是同一个实例"); } } }
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