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java设计模式学习 ----- 单例模式(Singleton)

时间:2017-06-04 12:57:21      阅读:198      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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单例模式(Singleton)


单例对象(Singleton)是一种经常使用的设计模式。

在Java应用中,单例对象能保证在一个JVM中,该对象仅仅有一个实例存在。单例模式也分三种:懒汉式单例、饿汉式单例、登记式单例。

单例模式有几个长处:

  • 1、某些类创建比較频繁,对于一些大型的对象,这是一笔非常大的系统开销。
  • 2、省去了new操作符,减少了系统内存的使用频率,减轻GC压力。
  • 3、有些类如交易所的核心交易引擎。控制着交易流程,假设该类能够创建多个的话,系统全然乱了。(比方一个军队出现了多个司令员同一时候指挥,肯定会乱成一团),所以仅仅有使用单例模式,才干保证核心交易server独立控制整个流程。

首先我们写一个简单的单例类(懒汉式):

  1. public class Singleton {  
  2.   
  3.     /* 持有私有静态实例,防止被引用,此处赋值为null,目的是实现延迟载入 */  
  4.     private static Singleton instance = null;  
  5.   
  6.     /* 私有构造方法,防止被实例化 */  
  7.     private Singleton() {  
  8.     }  
  9.   
  10.     /* 静态project方法。创建实例 */  
  11.     public static Singleton getInstance() {  
  12.         if (instance == null) {  
  13.             instance = new Singleton();  
  14.         }  
  15.         return instance;  
  16.     }  
  17.   
  18.     /* 假设该对象被用于序列化。能够保证对象在序列化前后保持一致 */  
  19.     public Object readResolve() {  
  20.         return instance;  
  21.     }  
  22. }  


这个类能够满足基本要求,可是。像这样毫无线程安全保护的类。假设我们把它放入多线程的环境下,肯定就会出现故障了,怎样解决?我们首先会想到对getInstance方法加 
synchronized keyword,例如以下:

  1. public static synchronized Singleton getInstance() {  
  2.         if (instance == null) {  
  3.             instance = new Singleton();  
  4.         }  
  5.         return instance;  
  6.     }  

可是。synchronizedkeyword锁住的是这个对象,这种使用方法,在性能上会有所下降,由于每次调用getInstance(),都要对对象上锁。事实上,仅仅有在第一次创建对象的时候须要加锁,之后就不须要了,所以,这个地方须要改进。

我们改成以下这个:

  1. public static Singleton getInstance() {  
  2.         if (instance == null) {  
  3.             synchronized (instance) {  
  4.                 if (instance == null) {  
  5.                     instance = new Singleton();  
  6.                 }  
  7.             }  
  8.         }  
  9.         return instance;  
  10.     }  

似乎攻克了之前提到的问题,将synchronizedkeyword加在了内部。也就是说当调用的时候是不须要加锁的,仅仅有在instance为null,并创建对象的时候才须要加锁,性能有一定的提升。可是。这种情况,还是有可能有问题的,看以下的情况:在Java指令中创建对象和赋值操作是分开进行的。也就是说instance = new Singleton();语句是分两步执行的。

可是JVM并不保证这两个操作的先后顺序。也就是说有可能JVM会为新的Singleton实例分配空间,然后直接赋值给instance成员,然后再去初始化这个Singleton实例。这样就可能出错了。我们以A、B两个线程为例:


a)A、B线程同一时候进入了第一个if推断

b)A首先进入synchronized块,由于instance为null,所以它执行 instance = new Singleton();

c)由于JVM内部的优化机制,JVM先画出了一些分配给Singleton实例的空白内存,并赋值给instance成员(注意此时JVM没有開始初始化这个实例),然后A离开了synchronized块。

d)B进入synchronized块,由于instance此时不是null,因此它立即离开了synchronized块并将结果返回给调用该方法的程序。

e)此时B线程打算使用Singleton实例,却发现它没有被初始化,于是发生错误了。


所以程序还是有可能发生错误,事实上程序在执行过程是非常复杂的,从这点我们就能够看出,尤其是在写多线程环境下的程序更有难度。有挑战性。

我们对该程序做进一步优化(饿汉式):

  1. private static class SingletonFactory{           
  2.         private static Singleton instance = new Singleton();           
  3.     }           
  4.     public static Singleton getInstance(){           
  5.         return SingletonFactory.instance;           
  6.     }   

实际情况是,单例模式使用内部类来维护单例的实现,JVM内部的机制能够保证当一个类被载入的时候。这个类的载入过程是线程相互排斥的。这样当我们第一次调用getInstance的时候,JVM能够帮我们保证instance仅仅被创建一次。并且会保证把赋值给instance的内存初始化完成。这样我们就不用操心上面的问题。

同一时候该方法也仅仅会在第一次调用的时候使用相互排斥机制,这样就攻克了低性能问题。

这样我们临时总结一个完美的单例模式:

  1. public class Singleton {  
  2.   
  3.     /* 私有构造方法。防止被实例化 */  
  4.     private Singleton() {  
  5.     }  
  6.   
  7.     /* 此处使用一个内部类来维护单例 */  
  8.     private static class SingletonFactory {  
  9.         private static Singleton instance = new Singleton();  
  10.     }  
  11.   
  12.     /* 获取实例 */  
  13.     public static Singleton getInstance() {  
  14.         return SingletonFactory.instance;  
  15.     }  
  16.   
  17.     /* 假设该对象被用于序列化,能够保证对象在序列化前后保持一致 */  
  18.     public Object readResolve() {  
  19.         return getInstance();  
  20.     }  
  21. }  

事实上说它完美也不一定,假设在构造函数中抛出异常,实例将永远得不到创建,也会出错。

所以说,十分完美的东西是没有的,我们仅仅能依据实际情况,选择最适合自己应用场景的实现方法。

也有人这样实现:由于我们仅仅须要在创建类的时候进行同步,所以仅仅要将创建和getInstance()分开。单独为创建加synchronizedkeyword,也是能够的:

  1. public class SingletonTest {  
  2.   
  3.     private static SingletonTest instance = null;  
  4.   
  5.     private SingletonTest() {  
  6.     }  
  7.   
  8.     private static synchronized void syncInit() {  
  9.         if (instance == null) {  
  10.             instance = new SingletonTest();  
  11.         }  
  12.     }  
  13.   
  14.     public static SingletonTest getInstance() {  
  15.         if (instance == null) {  
  16.             syncInit();  
  17.         }  
  18.         return instance;  
  19.     }  
  20. }  

考虑性能的话,整个程序仅仅需创建一次实例。所以性能也不会有什么影响。


补充:採用"影子实例"的办法为单例对象的属性同步更新

  1. public class SingletonTest {  
  2.   
  3.     private static SingletonTest instance = null;  
  4.     private Vector properties = null;  
  5.   
  6.     public Vector getProperties() {  
  7.         return properties;  
  8.     }  
  9.   
  10.     private SingletonTest() {  
  11.     }  
  12.   
  13.     private static synchronized void syncInit() {  
  14.         if (instance == null) {  
  15.             instance = new SingletonTest();  
  16.         }  
  17.     }  
  18.   
  19.     public static SingletonTest getInstance() {  
  20.         if (instance == null) {  
  21.             syncInit();  
  22.         }  
  23.         return instance;  
  24.     }  
  25.   
  26.     public void updateProperties() {  
  27.         SingletonTest shadow = new SingletonTest();  
  28.         properties = shadow.getProperties();  
  29.     }  
  30. }  

通过单例模式的学习告诉我们:

1、单例模式理解起来简单,可是详细实现起来还是有一定的难度。

2、synchronizedkeyword锁定的是对象,在用的时候,一定要在恰当的地方使用(注意须要使用锁的对象和过程,可能有的时候并非整个对象及整个过程都须要锁)。


到此,单例模式基本就介绍完了,事实上採用类的静态方法,实现单例模式的效果,也是可行的。此处二者有何不同呢?


  • 首先。静态类不能实现接口。

    (从类的角度说是能够的。可是那样就破坏了静态了。

    由于接口中不同意有static修饰的方法。所以即使实现了也是非静态的)

  • 其次。单例能够被延迟初始化,静态类一般在第一次载入是初始化。

    之所以延迟载入。是由于有些类比較庞大,所以延迟载入有助于提升性能。

  • 再次,单例类能够被继承。他的方法能够被覆写。

    可是静态类内部方法都是static。无法被覆写。

  • 最后,单例类比較灵活,毕竟从实现上仅仅是一个普通的Java类,仅仅要满足单例的基本需求。你能够在里面随心所欲的实现一些其他功能,可是静态类不行。

从上面这些概括中,基本能够看出二者的差别,可是,从还有一方面讲,上面最后实现的那个单例模式,内部就是用一个静态类来实现的,所以,二者有非常大的关联。仅仅是我们考虑问题的层面不同罢了。

两种思想的结合,才干造就出完美的解决方式,就像HashMap採用数组+链表来实现一样。事实上生活中非常多事情都是这样,单用不同的方法来处理问题,总是有长处也有缺点,最完美的方法是,结合各个方法的长处,才干最好的解决这个问题。


拓展:

什么是线程安全?假设你的代码所在的进程中有多个线程在同一时候执行,而这些线程可能会同一时候执行这段代码。假设每次执行结果和单线程执行的结果是一样的,并且其他的变量的值也和预期的是一样的,就是线程安全的。

或者说:一个类或者程序所提供的接口对于线程来说是原子操作。或者多个线程之间的切换不会导致该接口的执行结果存在二义性,也就是说我们不用考虑同步的问题。那就是线程安全的。




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原文地址:http://www.cnblogs.com/gavanwanggw/p/6940004.html

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