唯一浩哥

架构之路----Java有不少事

Java设计模式之《单例模式》及应用场景

原创作品,可以转载,但是请标注出处地址:http://www.cnblogs.com/V1haoge/p/6510196.html

  所谓单例,指的就是单实例,有且仅有一个类实例,这个单例不应该由人来控制,而应该由代码来限制,强制单例。

  单例有其独有的使用场景,一般是对于那些业务逻辑上限定不能多例只能单例的情况,例如:类似于计数器之类的存在,一般都需要使用一个实例来进行记录,若多例计数则会不准确。

  其实单例就是那些很明显的使用场合,没有之前学习的那些模式所使用的复杂场景,只要你需要使用单例,那你就使用单例,简单易理解。

  所以我认为有关单例模式的重点不在于场景,而在于如何使用。

1、常见的单例模式有两种创建方式:所谓饿懒汉式与饿汉式

(1)懒汉式

  何为懒?顾名思义,就是不做事,这里也是同义,懒汉式就是不在系统加载时就创建类的单例,而是在第一次使用实例的时候再创建。

详见下方代码示例:

 1 public class LHanDanli {
 2     //定义一个私有类变量来存放单例,私有的目的是指外部无法直接获取这个变量,而要使用提供的公共方法来获取
 3     private static LHanDanli dl = null;
 4     //定义私有构造器,表示只在类内部使用,亦指单例的实例只能在单例类内部创建
 5     private LHanDanli(){}
 6     //定义一个公共的公开的方法来返回该类的实例,由于是懒汉式,需要在第一次使用时生成实例,所以为了线程安全,使用synchronized关键字来确保只会生成单例
 7     public static synchronized LHanDanli getInstance(){
 8         if(dl == null){
 9             dl = new LHanDanli();
10         }
11         return dl;
12     }
13 }

(2)饿汉式

  又何为饿?饿者,饥不择食;但凡有食,必急食之。此处同义:在加载类的时候就会创建类的单例,并保存在类中。

详见下方代码示例:

 1 public class EHanDanli {
 2     //此处定义类变量实例并直接实例化,在类加载的时候就完成了实例化并保存在类中
 3     private static EHanDanli dl = new EHanDanli();
 4     //定义无参构造器,用于单例实例
 5     private EHanDanli(){}
 6     //定义公开方法,返回已创建的单例
 7     public static EHanDanli getInstance(){
 8         return dl;
 9     }
10 }

2、双重加锁机制

  何为双重加锁机制?

  在懒汉式实现单例模式的代码中,有使用synchronized关键字来同步获取实例,保证单例的唯一性,但是上面的代码在每一次执行时都要进行同步和判断,无疑会拖慢速度,使用双重加锁机制正好可以解决这个问题:

 1 public class SLHanDanli {
 2     private static volatile SLHanDanli dl = null;
 3     private SLHanDanli(){}
 4     public static SLHanDanli getInstance(){
 5         if(dl == null){
 6             synchronized (SLHanDanli.class) {
 7                 if(dl == null){
 8                     dl = new SLHanDanli();
 9                 }
10             }
11         }
12         return dl;
13     }
14 }

  看了上面的代码,有没有感觉很无语,双重加锁难道不是需要两个synchronized进行加锁的吗?

  ......

  其实不然,这里的双重指的的双重判断,而加锁单指那个synchronized,为什么要进行双重判断,其实很简单,第一重判断,如果单例已经存在,那么就不再需要进行同步操作,而是直接返回这个实例,如果没有创建,才会进入同步块,同步块的目的与之前相同,目的是为了防止有两个调用同时进行时,导致生成多个实例,有了同步块,每次只能有一个线程调用能访问同步块内容,当第一个抢到锁的调用获取了实例之后,这个实例就会被创建,之后的所有调用都不会进入同步块,直接在第一重判断就返回了单例。至于第二个判断,个人感觉有点查遗补漏的意味在内(期待高人高见)。

  补充:关于锁内部的第二重空判断的作用,当多个线程一起到达锁位置时,进行锁竞争,其中一个线程获取锁,如果是第一次进入则dl为null,会进行单例对象的创建,完成后释放锁,其他线程获取锁后就会被空判断拦截,直接返回已创建的单例对象。

  不论如何,使用了双重加锁机制后,程序的执行速度有了显著提升,不必每次都同步加锁。

  其实我最在意的是volatile的使用,volatile关键字的含义是:被其所修饰的变量的值不会被本地线程缓存,所有对该变量的读写都是直接操作共享内存来实现,从而确保多个线程能正确的处理该变量。该关键字可能会屏蔽掉虚拟机中的一些代码优化,所以其运行效率可能不是很高,所以,一般情况下,并不建议使用双重加锁机制,酌情使用才是正理!

  更进一步说,其实使用volatile的目的是为了防止暴露一个未初始化的不完整单例实例,导致系统崩溃。因为创建单例实例其实需要经过以下几步:首先分配内存空间、然后将内存空间的首地址指向引用(指针),最后调用构造器创建实例,由于在第二步的时候这个引用(指针)就会变的非null,那么在第三步未执行,真正的单例实例还未创建完成的时候,一个线程过来在第一个校验中为false,将会直接将不完整的实例返回,从而造成系统崩溃。

3、类级内部类方式

  饿汉式会占用较多的空间,因为其在类加载时就会完成实例化,而懒汉式又存在执行速率慢的情况,双重加锁机制呢?又有执行效率差的毛病,有没有一种完美的方式可以规避这些毛病呢?

  貌似有的,就是使用类级内部类结合多线程默认同步锁,同时实现延迟加载和线程安全。

 

1 public class ClassInnerClassDanli {
2     public static class DanliHolder{
3         private static ClassInnerClassDanli dl = new ClassInnerClassDanli();
4     }
5     private ClassInnerClassDanli(){}
6     public static ClassInnerClassDanli getInstance(){
7         return DanliHolder.dl;
8     }
9 }

  如上代码,所谓类级内部类,就是静态内部类,这种内部类与其外部类之间并没有从属关系,加载外部类的时候,并不会同时加载其静态内部类,只有在发生调用的时候才会进行加载,加载的时候就会创建单例实例并返回,有效实现了懒加载(延迟加载),至于同步问题,我们采用和饿汉式同样的静态初始化器的方式,借助JVM来实现线程安全。

  其实使用静态初始化器的方式会在类加载时创建类的实例,但是我们将实例的创建显式放置在静态内部类中,它会导致在外部类加载时不进行实例创建,这样就能实现我们的双重目的:延迟加载和线程安全。

4、使用

  在Spring中创建的Bean实例默认都是单例模式存在的。

 


同系列文章:

posted @ 2017-03-06 15:31  唯一浩哥  阅读(42758)  评论(3编辑  收藏  举报