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单例模式——我只有一个对象

面试官:带笔了吧,那写两种单例模式的实现方法吧

沙沙沙刷刷刷~~~ 写好了

面试官:你这个是怎么保证线程安全的,那你知道,volatile 关键字? 类加载器?锁机制????
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单例模式——独一无二的对象

单例模式,从我看 《Java 10分钟入门》那天就听过的一个设计模式,还被面试过好几次的设计模式问题,今天一网打尽~~

有一些对象我们确实只需要一个,比如,线程池、数据库连接、缓存、日志对象等,如果有多个的话,会造成程序的行为异常,资源使用过量或者不一致的问题。你也许会说,这种我用全局变量不也能实现吗,还整个单例模式,好像你很流弊的样子,如果将对象赋值给一个全局变量,那程序启动就会创建好对象,万一这个对象很耗资源,我们还可能在某些时候用不到,这就造成了资源的浪费,不合理,所以就有了单例模式。

单例模式的定义

单例模式确保一个类只有一个实例,并提供一个全局唯一访问点

单例模式的类图

单例模式的实现

饿汉式

  • static 变量在类装载的时候进行初始化
  • 多个实例的 static 变量会共享同一块内存区域

用这两个知识点写出的单例类就是饿汉式了,初始化类的时候就创建,饥不择食,饿汉

public class Singleton {

    //构造私有化,防止直接new
    private Singleton(){}

    //静态初始化器(static initializer)中创建实例,保证线程安全
    private static Singleton instance = new Singleton();

    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

饿汉式是线程安全的,JVM在加载类时马上创建唯一的实例对象,且只会装载一次。

Java 实现的单例是一个虚拟机的范围,因为装载类的功能是虚拟机的,所以一个虚拟机通过自己的ClassLoader 装载饿汉式实现单例类的时候就会创建一个类实例。(如果一个虚拟机里有多个ClassLoader的话,就会有多个实例)

懒汉式

懒汉式,就是实例在用到的时候才去创建,比较“懒”

单例模式的懒汉式实现方式体现了延迟加载的思想(延迟加载也称懒加载Lazy Load,就是一开始不要加载资源或数据,等到要使用的时候才加载)

同步方法

public class Singleton {
    private static Singleton singleton;

    private Singleton(){}

  	//解决了线程不安全问题,但是效率太低了,每个线程想获得类的实例的时候,都需要同步方法,不推荐
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if(singleton == null){
            singleton = new Singleton();
        }
        return singleton;
    }
}

双重检查加锁

public class Singleton {

  	//volatitle关键词确保,多线程正确处理singleton
    private static volatile Singleton singleton;
  
    private Singleton(){}
  
    public static Singleton getInstance(){
        if(singleton ==null){
            synchronized (Singleton.class){
                if(singleton == null){
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

Double-Check 概念(进行两次检查)是多线程开发中经常使用的,为什么需要双重检查锁呢?因为第一次检查是确保之前是一个空对象,而非空对象就不需要同步了,空对象的线程然后进入同步代码块,如果不加第二次空对象检查,两个线程同时获取同步代码块,一个线程进入同步代码块,另一个线程就会等待,而这两个线程就会创建两个实例化对象,所以需要在线程进入同步代码块后再次进行空对象检查,才能确保只创建一个实例化对象。

双重检查加锁(double checked locking)线程安全、延迟加载、效率比较高

volatile:volatile一般用于多线程的可见性,这里用来防止指令重排(防止new Singleton时指令重排序导致其他线程获取到未初始化完的对象)。被volatile 修饰的变量的值,将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,从而确保多个线程能正确的处理该变量。

指令重排

指令重排是指在程序执行过程中, 为了性能考虑, 编译器和CPU可能会对指令重新排序。

Java中创建一个对象,往往包含三个过程。对于singleton = new Singleton(),这不是一个原子操作,在 JVM 中包含如下三个过程。

  1. 给 singleton 分配内存

  2. 调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量,形成实例

  3. 将singleton对象指向分配的内存空间(执行完这步 singleton才是非 null 了)

但是,由于JVM会进行指令重排序,所以上面的第二步和第三步的顺序是不能保证的,最终的执行顺序可能是 1-2-3,也可能是 1-3-2。如果是 1-3-2,则在 3 执行完毕,2 未执行之前,被另一个线程抢占了,这时 instance 已经是非 null 了(但却没有初始化),所以这个线程会直接返回 instance,然后使用,那肯定就会报错了,所以要加入 volatile关键字。

静态内部类

public class Singleton {

    private Singleton(){}

    private static class SingletonInstance{
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
  
    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonInstance.INSTANCE;
    }
}

采用类加载的机制来保证初始化实例时只有一个线程;

静态内部类方式在Singleton 类被装载的时候并不会立即实例化,而是在调用getInstance的时候,才去装载内部类SingletonInstance ,从而完成Singleton的实例化

类的静态属性只会在第一次加载类的时候初始化,所以,JVM帮我们保证了线程的安全性,在类初始化时,其他线程无法进入

优点:线程安全,利用静态内部类实现延迟加载,效率较高,推荐使用

枚举

enum Singleton{
  INSTANCE;
  public void method(){}
}

借助JDK5 添加的枚举实现单例,不仅可以避免多线程同步问题,还能防止反序列化重新创建新的对象,但是在枚举中的其他任何方法的线程安全由程序员自己负责。还有防止上面的通过反射机制调用私用构造器。不过,由于Java1.5中才加入enum特性,所以使用的人并不多。

这种方式是《Effective Java》 作者Josh Bloch 提倡的方式。

单例模式在JDK 中的源码分析

JDK 中,java.lang.Runtime 就是经典的单例模式(饿汉式)

单例模式注意事项和细节

  • 单例模式保证了系统内存中该类只存在一个对象,节省了系统资源,对于一些需要频繁创建销毁的对象,使用单例模式可以提高系统性能
  • 当想实例化一个单例类的时候,必须要记住使用相应的获取对象的方法,而不是使 用new
  • 单例模式使用的场景:需要频繁的进行创建和销毁的对象、创建对象时耗时过多或 耗费资源过多(即:重量级对象),但又经常用到的对象、工具类对象、频繁访问数 据库或文件的对象(比如数据源、session工厂等)

设计模式前传——学习设计模式前要知道的

posted @ 2020-02-03 21:22  Java大猿帅  阅读(...)  评论(...编辑  收藏