23種設計模式——單例模式

單例模式是一種常用的設計模式。

在Java應用中,單例對象能保證在一個JVM中,該對象只有一個實例存在。這樣的模式有幾個好處:

1.某些類創建比較繁瑣,對於一些大型的對象,這是一筆很大的系統開銷。

2.省去了new操作符,降低了系統內存的使用頻率,減輕GC壓力。

3.有些累如交易所的核心交易引擎,控制着交易流程,如果該類可以創建多個的話,系統完全亂了。(比如一個軍隊出現了多個司令員同時只會,肯定會亂成一團,所以只有使用單例模式,才能保證核心交易服務器獨立控制整個流程)。

首先我們先寫一個簡單的單例類:

public class SingletonDemo {
	//持有私有靜態實例,防止被引用,此處賦值爲null,目的是實現延遲加載
	private static SingletonDemo instance = null;
	/**
	 * 私有構造方法,防止被實例化
	 */
	private SingletonDemo(){}
	/**
	 * 靜態工廠方法 創建實例
	 */
	public static SingletonDemo getInstance(){
		if(instance == null){
			instance = new SingletonDemo();
		}
		return instance;
	}
	/**
	 * 如果該對象被用於序列化,可以保證對象在序列化前後保持一致性
	 */
	public Object readResolve(){
		return instance;
	}
}

這個類可以滿足基本要求,但是,像這樣毫無線程安全保護的類,如果我們把它放入多線程的環境下,肯定就會出現問題了,如何解決?我們首先會想到對getInstance方法加synchronized關鍵字,如下:

        public static synchronized SingletonDemo getInstance(){
		if(instance == null){
			instance = new SingletonDemo();
		}
		return instance;
	}

但是,synchronized關鍵字鎖住的是這個對象,這樣的用法,在性能上會有所下降,因爲每次調用getInstance(),都要對對象上鎖,事實上,只有在第一次創建對象的時候需要加鎖,之後就不需要了,所以,這個地方需要改進。我們改成下面這個(懶漢式):

        public static SingletonDemo getInstance(){
		if(instance == null){
			synchronized (instance){
                                if(instance == null){
                                        instance = new SingletonDemo();
                                }
                        }
		}
		return instance;
	}

我們在外面已經判斷instance實例是否存在,爲什麼在synchronized裏面還需要在做一次instance實例是否存在的判斷呢?

如果有兩個線程調用getIncetance()方法時,它們將都可以通過第一重instance==null的判斷,由於synchronized機制,這兩個線程只有一個進入,另一個在排隊等阿迪,必須要其中一個進入並出來後,另一個才能進入。但是此時如果沒有了第二重instance是否爲null的判斷,則第一個線程創建了實例,而第二個線程還是可以繼續再創建新的實例,這樣就沒有達到單例的目的。

似乎解決了之前提到的問題,將synchronized關鍵字加在了內部,也就是說當調用的時候是不需要加鎖的,只有在instance爲null,並創建對象的時候才需要加鎖,性能有一定的提升。但是,這樣的情況,還是有可能有問題的,看下面的情況:在Java指令中創建對象和賦值操作是分開進行的,也就是說instance=new SingletonDemo();語句是分兩步執行的。但是JVM並不保證這兩個操作的先後順序,也就是說有可能JVM會爲新的Singleton實例分配空間,然後直接賦值給instance成員,然後再去初始化這個Singleton實例。這樣就可能出錯了,我們以A、B兩個線程爲列例:

a.A、B線程同時進入了第一個if判斷

b.A首先進入synchronized塊,由於instance爲null,所以它執行instance = new Singleton();

c.由於JVM內部的優化機制,JVM先畫出了一些分配給Singleton實例的空白內存,並賦值給instance成員,然後A離開了synchronized塊。

d.B進入synchronized塊,由於instance此時不是null,因此它馬上離開了synchronized塊並將結果返回給調用該方法的程序。

e.此時B線程打算使用SingletonDemo實例,卻發現它沒有被初始化,於是錯誤發生了。

所以程序還是有可能發生錯誤,其實程序運行過程是很複雜的,從這點我們就可以看出,尤其是在寫多線程環境下的程序更有難度,有挑戰性。我們對該程序做進一步優化(餓漢式):

public class SingletonDemo {
	private static SingletonDemo instance = null;
	private SingletonDemo(){}
	public static SingletonDemo getInstance(){
		return SingletonFactory.instance;
	}
	public Object readResolve(){
		return instance;
	}
        //靜態內部類
        private static class SingletonFactory{
                //靜態內部類的成員屬性
                private static Singleton instance = new Singleton();
        }
}

實際情況是,單例模式使用內部類來維護單例的實現,JVM內部的機制能保證當一個類被加載的時候,這個類的加載過程是線程互斥的。這樣當我們第一次調用getinstance的時候,JVM能夠幫我們保證instance只被創建一次,並且會保證把賦值給instance的內存初始化完畢,這樣我們就不用擔心上面的問題。同時該方法也只會在第一次調用的時候使用互斥機制,這樣就解決了低性能問題。

 

餓漢單例模式:靜態初始化的方式是在自己被加載時就將自己實例化,所以被形象的稱之爲餓漢式單例模式。

        public class SingletonDemo{
                private static final SingletonDemo instance = new SingletonDemo();
                private SingletonDemo (){
            
                }
                public static SingletonDemo getInstance(){
                        return instance;
                }
        }

懶漢單例模式:要在第一次被引用時,纔會將自己實例化,所以就被稱爲懶漢式單例模式。

        public static SingletonDemo getInstance(){
		if(instance == null){
			synchronized (instance){
                                if(instance == null){
                                        instance = new SingletonDemo();
                                }
                        }
		}
		return instance;
	}

通過單例模式的學習告訴我們:

1、單例模式理解起來簡單,但是具體實現起來還是有一定的難度。

2、synchronized關鍵字鎖定的是對象,在用的時候,一定要在恰當的地方使用(注意需要使用鎖的對象和過程,可能有的時候並不是整個對象及整個過程都需要鎖)。

到這兒,單例模式基本已經講完了,結尾處,筆者突然想到另一個問題,就是採用類的靜態方法,實現單例模式的效果,也是可行的,此處二者有什麼不同?

首先,靜態類不能實現接口。(從類的角度說是可以的,但是那樣就破壞了靜態了。因爲接口中不允許有static修飾的方法,所以即使實現了也是非靜態的)

其次,單例可以被延遲初始化,靜態類一般在第一次加載是初始化。之所以延遲加載,是因爲有些類比較龐大,所以延遲加載有助於提升性能。

再次,單例類可以被繼承,他的方法可以被覆寫。但是靜態類內部方法都是static,無法被覆寫。

最後一點,單例類比較靈活,畢竟從實現上只是一個普通的Java類,只要滿足單例的基本需求,你可以在裏面隨心所欲的實現一些其它功能,但是靜態類不行。從上面這些概括中,基本可以看出二者的區別,但是,從另一方面講,我們上面最後實現的那個單例模式,內部就是用一個靜態類來實現的,所以,二者有很大的關聯,只是我們考慮問題的層面不同罷了。兩種思想的結合,才能造就出完美的解決方案,就像HashMap採用數組+鏈表來實現一樣,其實生活中很多事情都是這樣,單用不同的方法來處理問題,總是有優點也有缺點,最完美的方法是,結合各個方法的優點,才能最好的解決問題!整理來自http://www.cnblogs.com/geek6/p/3951677.html

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