【设计模式篇】单例模式

王朝学院·作者佚名  2016-08-27
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01 单例模式

单例模式,只有一个实例存在于整个JVM中,保证只有一个实例,并可以被外界访问。它是一种常用的设计模式之一。实现单例模式

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

方法一:懒汉式实现

【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。

1/**2* 懒汉式 写法13*@authorAdministrator4*5*/6publicclassSingleton {7PRivateSingleton(){89}10privatestaticSingleton singleton=null;11//静态工厂方法12publicstaticSingleton getInstance(){13if(singleton==null){14singleton=new Singleton();15}16returnsingleton;17}18}

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。

1/**2* 饿汉式:类初始化时,实例化。3*@authorAdministrator4*5*/6publicclassSingleton3 {7privateSingleton3(){89}10private static final Singleton3 singleton=new Singleton3();11publicstaticSingleton3 getInstance(){12returnsingleton;13}14}

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。

1/**2* 同步懒汉式1,添加synchronized3*@authorAdministrator4*5*/6publicclassSingleton1 {7privateSingleton1(){89}10privatestaticSingleton1 singleton=null;11//静态工厂方法12publicstaticsynchronizedSingleton1 getInstance(){13if(singleton==null){14singleton=newSingleton1();15}16returnsingleton;17}18}

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。

1/**2* 双重检测懒汉式:双重检测,提高效率3*@authorAdministrator4*5*/6publicclassSingleton2 {7privateSingleton2(){89}10privatestaticvolatileSingleton2 singleton=null;11//静态工厂方法12publicstaticSingleton2 getInstance(){13if(singleton==null){//若该线程检测到不为空,则不用创建,否则,进入同步块14synchronized(Singleton2.class){15if(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16singleton=newSingleton2();17}18}1920}21returnsingleton;22}23}

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。

1/**2* 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3*@authorAdministrator4*5*/6publicclassSingleton4 {7privateSingleton4(){89}10publicstaticSingleton4 getInstance(){11returnInstance.singleton;//当需要返回实例的时候,初始化创建静态实例对象。12}1314private static classInstance{15privatestaticfinalSingleton4 singleton=newSingleton4();16}17}

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。

1/**2* 枚举类型实现单例3*@authorAdministrator4*5*/6publicclassSingleton5 {7publicenumSingleton{8INSTANCE;910publicvoidmethod(){11//任意方法12}13}1415publicstaticvoidmain(String[] args) {16Singleton.INSTANCE.method();17}18}

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

反射机制破坏单例模式:通过反射机制 例如借助accessibleObject.setAccessible方法调用私有构造方法。如果要防止这种机制的

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

[1]Robin Hu的专栏 http://blog.csdn.net/hudashi/article/details/6949379

[2]cantellowhttp://cantellow.iteye.com/blog/838473

[3]junJZ_2008http://jiangzhengjun.iteye.com/blog/652440

[4]zhoujyhttp://my.oschina.net/zhoujy/blog/134958

[5]FinderChenghttp://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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