【设计模式篇】单例模式
2015-10-07 13:38
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01 单例模式 |
的方法有很多种,然而需要考虑包括线程安全在内的一些因素。以下列举了几种典型的实现方法。
02 实现及问题 |
【懒汉式】私有化构造函数,创建静态方法,提供单例引用,延迟加载。 重大缺陷:线程不安全,线程A希望能够使用Singleton
实例,于是第一次调用静态方法getInstance(),发现此时singleton==null,准备创建实例,突然CPU发生时间片切换,线程B也希望
调用该实例,此时A并未创建,因此singleton==null,B创建Singleton实例,执行完成后,线程A继续执行,因为已经判断过singleto
n==null,所以也创建了一个实例对象。 最终导致单例失败。
/** * 懒汉式 写法1 * @author Administrator * */ public class Singleton { private Singleton(){ } private static Singleton singleton=null; //静态工厂方法 public static Singleton getInstance(){ if(singleton==null){ singleton=new Singleton(); } return singleton; } }
方法二:饿汉式实现
【饿汉式】懒汉式存在线程安全问题,无法在多线程下实现单例。饿汉式的方法就是可以在类加载时创建一个静态实例。其缺点在
于类的初始化开销大。然而却是天生安全的。
/** * 饿汉式:类初始化时,实例化。 * @author Administrator * */ public class Singleton3 { private Singleton3(){ } private static final Singleton3 singleton=new Singleton3(); public static Singleton3 getInstance(){ return singleton; } }
方法三:同步懒汉式1
【synchronized】在静态方法getInstance()前添加synchronized同步关键字实现方法同步, 重大缺点:执行效率低。每一次调
用getInstance()都需要加锁,而加锁是非常耗时的,应尽量避免。
/** * 同步懒汉式1,添加synchronized * @author Administrator * */ public class Singleton1 { private Singleton1(){ } private static Singleton1 singleton=null; //静态工厂方法 public static synchronized Singleton1 getInstance(){ if(singleton==null){ singleton=new Singleton1(); } return singleton; } }
方法四:双重检测懒汉式
双重检测:即在同步块前后分别判断实例是否不为空。可以减少同步数。只有当instance==null的时候,才需要进入同步块,进行
加锁操作。当已经创建后,则无需进入同步块,即不需要加锁操作,只有第一次需要创建实例对象时,多个线程才需要进入同步块,节
省了时间。
/** * 双重检测懒汉式:双重检测,提高效率 * @author Administrator * */ public class Singleton2 { private Singleton2(){ } private static volatile Singleton2 singleton=null; //静态工厂方法 public static Singleton2 getInstance(){ if(singleton==null){ //若该线程检测到不为空,则不用创建,否则,进入同步块 synchronized(Singleton2.class){ if(singleton==null){ //多个线程开始同步,若一个线程创建成功,则其它后进入的线程都不用创建 singleton=new Singleton2(); } } } return singleton; } }
在双重检测中,使用了 volatile 关键字,能够保证访问到的变量是最后修改的。为什么要加volatile关键字呢?因为在Java中双重
检测很可能导致失败的结果,得到一个存在但未初始化完成的实例。《Java与模式》的总结是:在Java编译器中,Singleton类的初
始化与instance变量赋值的顺序不可预料。如果一个线程在没有同步化的条件下读取instance引用,并调用这个对象的方法的
话,可能会发现对象初始化过程尚未完成,从而造成崩溃。
其原因在于 Java虚拟机中实现的 无序写入 问题。所谓无序写入,JVM编译器能用不同的顺序从程序的解释中生成指令,并且存储
变量在寄存器中,而并非内存,处理器可以并行或者颠倒次序的执行指令。完成的结果与严格连续执行的结果一致。例如在双重检测中
singleton=new Singleton() 语句可能包含下列伪代码表示的指令。
----------------------------------------------------------
memory=allocate(); //1、分配内存
memory=Singleton(); //2、初始化实例
singleton=memory; //3、将实例赋值给引用变量。
----------------------------------------------------------
由于JVM中存在无序写入 问题,那么很可能先执行语句3,再执行语句2。即如下所以:
----------------------------------------------------------
memory=allocate(); //1、分配内存
singleton=memory(); //2、将未初始化的实例复制给引用变量
memory=Singleton(); //3、实例初始化
----------------------------------------------------------
如果在执行语句2后,线程切换成另外一个线程,此时线程可知 instance!=null,然而此时该实例却是未初始化的。详细解释
可以参考文献[1]。
那么是否加了volatile关键字 双重检测就达到最优了呢?不是,因为volatile与synchronized有相当的含义,访问变量时
效率同synchronized。且由于两次检测,相比synchronized block 效率更低一些。[1]
方法五: 静态内部类
使用静态内部类存放静态实例对象。在加载Singleton类时,并不加载内部类,在调用getInstance()时调用内部类,静态实例时,
才加载静态内部类和内部静态实例对象。从而达到延时加载的目的。
/** * 懒汉式:通过静态内部类实现方式,既实现了线程安全,又提高了效率 * @author Administrator * */ public class Singleton4 { private Singleton4(){ } public static Singleton4 getInstance(){ return Instance.singleton; //当需要返回实例的时候,初始化创建静态实例对象。 } private static class Instance{ private static final Singleton4 singleton=new Singleton4(); } }
方法六:Enum枚举实现
在《Effective Java》中提到,从Java1.5发行版本起,只需编写一个包含单个元素的枚举类型,实现Singleton。
/** * 枚举类型实现单例 * @author Administrator * */ public class Singleton5 { public enum Singleton{ INSTANCE; public void method(){ //任意方法 } } public static void main(String[] args) { Singleton.INSTANCE.method(); } }
枚举方法 简洁明了,并提供序列化机制,不会在反序列化实例时创建新实例(在其他单例方法中如果要变成可序列化的,不仅要加
上implements Serializable,还需要提供readResolve方法,参加《effective Java》)。也不会受到反射机制的影响,是实现单例
模式的最佳方法。
03 梳理概念点 |
影响,需要在构造方法中添加判断如果创建第二个实例则抛出异常。
04 感谢 |
[2] cantellow http://cantellow.iteye.com/blog/838473
[3] junJZ_2008 http://jiangzhengjun.iteye.com/blog/652440
[4] zhoujy http://my.oschina.net/zhoujy/blog/134958
[5] FinderCheng http://devbean.blog.51cto.com/448512/203501/
[6] 炸斯特 http://blog.csdn.net/jason0539/article/details/23297037
[7] Joshua Bloch 著,杨春花,俞黎敏 译 《Effective Java中文版》
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