java23種設(shè)計模式-創(chuàng)建型模式之單例模式

作者 薛之謙qxl? 轉(zhuǎn)載請注明出處

我的知乎原文:https://zhuanlan.zhihu.com/p/125608744



內(nèi)容簡介:

單例模式(Singleton)

單例對象(Singleton)是一種常用的設(shè)計模式雁社。在Java應(yīng)用中幔欧,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(chuàng)建比較頻繁,對于一些大型的對象,這是一筆很大的系統(tǒng)開銷。

2擂仍、省去了new操作符,降低了系統(tǒng)內(nèi)存的使用頻率熬甚,減輕GC壓力防楷。

3、有些類如交易所的核心交易引擎则涯,控制著交易流程复局,如果該類可以創(chuàng)建多個的話,系統(tǒng)完全亂了粟判。(比如一個軍隊出現(xiàn)了多個司令員同時指揮亿昏,肯定會亂成一團),所以只有使用單例模式档礁,才能保證核心交易服務(wù)器獨立控制整個流程角钩。

概念:

 java中單例模式是一種常見的設(shè)計模式,單例模式的寫法有好幾種呻澜,這里主要介紹三種:懶漢式單例递礼、餓漢式單例、登記式單例羹幸。

  單例模式有以下特點:

  1脊髓、單例類只能有一個實例。

  2栅受、單例類必須自己創(chuàng)建自己的唯一實例将硝。

  3、單例類必須給所有其他對象提供這一實例屏镊。

  單例模式確保某個類只有一個實例依疼,而且自行實例化并向整個系統(tǒng)提供這個實例。在計算機系統(tǒng)中而芥,線程池律罢、緩存、日志對象棍丐、對話框误辑、打印機虫腋、顯卡的驅(qū)動程序?qū)ο蟪1辉O(shè)計成單例。這些應(yīng)用都或多或少具有資源管理器的功能稀余。每臺計算機可以有若干個打印機,但只能有一個Printer Spooler趋翻,以避免兩個打印作業(yè)同時輸出到打印機中睛琳。每臺計算機可以有若干通信端口,系統(tǒng)應(yīng)當集中管理這些通信端口踏烙,以避免一個通信端口同時被兩個請求同時調(diào)用师骗。總之讨惩,選擇單例模式就是為了避免不一致狀態(tài)辟癌,避免政出多頭。

一荐捻、懶漢式單例

Singleton通過將構(gòu)造方法限定為private避免了類在外部被實例化黍少,在同一個虛擬機范圍內(nèi),Singleton的唯一實例只能通過getInstance()方法訪問处面。

(事實上厂置,通過Java反射機制是能夠?qū)嵗瘶?gòu)造方法為private的類的,那基本上會使所有的Java單例實現(xiàn)失效魂角。此問題在此處不做討論昵济,姑且掩耳盜鈴地認為反射機制不存在。)

但是以上懶漢式單例的實現(xiàn)沒有考慮線程安全問題野揪,它是線程不安全的访忿,并發(fā)環(huán)境下很可能出現(xiàn)多個Singleton實例,要實現(xiàn)線程安全斯稳,有以下三種方式海铆,都是對getInstance這個方法改造,保證了懶漢式單例的線程安全挣惰,如果你第一次接觸單例模式游添,對線程安全不是很了解,可以先跳過下面這三小條通熄,去看餓漢式單例唆涝,等看完后面再回頭考慮線程安全的問題:

1、在getInstance方法上加同步

2唇辨、雙重檢查鎖定

3廊酣、靜態(tài)內(nèi)部類

這種比上面1、2都好一些赏枚,既實現(xiàn)了線程安全亡驰,又避免了同步帶來的性能影響晓猛。

二、餓漢式單例


餓漢式在類創(chuàng)建的同時就已經(jīng)創(chuàng)建好一個靜態(tài)的對象供系統(tǒng)使用凡辱,以后不再改變戒职,所以天生是線程安全的。

三透乾、登記式單例(可忽略)

登記式單例實際上維護了一組單例類的實例洪燥,將這些實例存放在一個Map(登記薄)中乳乌,對于已經(jīng)登記過的實例捧韵,則從Map直接返回,對于沒有登記的汉操,則先登記再来,然后返回。

這里我對登記式單例標記了可忽略磷瘤,我的理解來說芒篷,首先它用的比較少,另外其實內(nèi)部實現(xiàn)還是用的餓漢式單例采缚,因為其中的static方法塊梭伐,它的單例在類被裝載的時候就被實例化了。



餓漢式和懶漢式區(qū)別

從名字上來說仰担,餓漢和懶漢糊识,

餓漢就是類一旦加載,就把單例初始化完成摔蓝,保證getInstance的時候赂苗,單例是已經(jīng)存在的了,

而懶漢比較懶贮尉,只有當調(diào)用getInstance的時候拌滋,才回去初始化這個單例。

另外從以下兩點再區(qū)分以下這兩種方式:

1猜谚、線程安全:

餓漢式天生就是線程安全的败砂,可以直接用于多線程而不會出現(xiàn)問題,

懶漢式本身是非線程安全的魏铅,為了實現(xiàn)線程安全有幾種寫法昌犹,分別是上面的1、2览芳、3斜姥,這三種實現(xiàn)在資源加載和性能方面有些區(qū)別。

2、資源加載和性能:

餓漢式在類創(chuàng)建的同時就實例化一個靜態(tài)對象出來铸敏,不管之后會不會使用這個單例缚忧,都會占據(jù)一定的內(nèi)存,但是相應(yīng)的杈笔,在第一次調(diào)用時速度也會更快闪水,因為其資源已經(jīng)初始化完成,

而懶漢式顧名思義蒙具,會延遲加載球榆,在第一次使用該單例的時候才會實例化對象出來,第一次調(diào)用時要做初始化店量,如果要做的工作比較多,性能上會有些延遲鞠呈,之后就和餓漢式一樣了融师。

至于1、2蚁吝、3這三種實現(xiàn)又有些區(qū)別旱爆,

第1種,在方法調(diào)用上加了同步窘茁,雖然線程安全了怀伦,但是每次都要同步,會影響性能山林,畢竟99%的情況下是不需要同步的房待,

第2種鹃栽,在getInstance中做了兩次null檢查塑陵,確保了只有第一次調(diào)用單例的時候才會做同步篓足,這樣也是線程安全的亿笤,同時避免了每次都同步的性能損耗

第3種耍贾,利用了classloader的機制來保證初始化instance時只有一個線程顶霞,所以也是線程安全的垦巴,同時沒有性能損耗涎跨,所以一般我傾向于使用這一種明也。


什么是線程安全宣虾?

如果你的代碼所在的進程中有多個線程在同時運行,而這些線程可能會同時運行這段代碼温数。如果每次運行結(jié)果和單線程運行的結(jié)果是一樣的绣硝,而且其他的變量的值也和預(yù)期的是一樣的,就是線程安全的撑刺。

或者說:一個類或者程序所提供的接口對于線程來說是原子操作域那,或者多個線程之間的切換不會導(dǎo)致該接口的執(zhí)行結(jié)果存在二義性,也就是說我們不用考慮同步的問題,那就是線程安全的。

結(jié)論:由結(jié)果可以得知單例模式為一個面向?qū)ο蟮膽?yīng)用程序提供了對象惟一的訪問點次员,不管它實現(xiàn)何種功能败许,整個應(yīng)用程序都會同享一個實例對象。

對于單例模式的幾種實現(xiàn)方式淑蔚,知道餓漢式和懶漢式的區(qū)別市殷,線程安全,資源加載的時機刹衫,還有懶漢式為了實現(xiàn)線程安全的3種方式的細微差別醋寝。

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