重学设计模式-单例模式

重学设计模式-单例模式

愿你生命中有够多的云翳,造就一个美好的黄昏

 

介绍

 单例模式是指一个类在整个程序运行中只允许存在一个实例,也就是说在JVM里面只存在一个实例,单例模式应用十分广泛,比如说一个公司里面只有一个CEO,一个家庭里面只有一个爸爸(当然,排除那些意外),单例模式主要应用在需要频繁使用创建和使用的一些类上面,因为只存在一个实例,所以节省了内存的开销,所有线程共享同一个实例,试想一下,如果一个类使用十分频繁,没有使用单例模式的情况下,一个线程需要创建一个实例,那么系统中将会出现出现很多多余的实例,对内存的消耗也很大,JVM中容易发生GC,比如数据库连接池,某些不太常用的对象,皆可使用单例模式来做,有助于提高系统的可用性。

单例模式的种类

单例模式有很多种写法,大致可分为线程安全和线程不安全,下面我们来看一下具体的种类以及实现方式。

一.饿汉式单例模式

 饿汉式顾名思义就是很饿,想要马上得到,正如一个饥渴已久的汉子一样,想要马上得到爱情的滋养,换到程序里面来也一样,一个对象在程序启动时就进行初始化,创建一个单例对象,也就是说程序已启动,他马上进行实例化,JVM就存在一个单例对象,后面就不会再创建,它是线程安全的,因为后面的线程来访问的时候,实例已经存在,直接使用就行,不用再去实例化,所以它的效率非常高,但是凡事有利有弊,我们已经看出,再系统启动时就进行就对对象进行初始化,那么如果这个实例使用并不是很多,那会造成内存的浪费,如果系统中存在大量的单例对象,那么使用饿汉式可能就不是那么合理啦,下面来具体实现一下饿汉式。

 我们看执行结果,开启多个线程,不管怎么执行,获取到的都是同一个实例,因为在程序启动时就已经做了初始化操作,JVM已经存在这个实例,所以使用的就是这个实例。

 

二.懒汉式单例模式

  懒汉式顾名思义就是很懒,现实生活中的懒汉都是火烧到自家门前才着急,在我们农村老人有这样一句话,屎要拉出来了才想到挖茅坑,这样的比喻应该恰当吧,换到程序里面来,有很多例子,比如前端的树结构懒加载,不会一下子将所有子节点都遍历出来,而是点击那一层,再加载出下级,懒汉式就是运用这样的思想,需要用的时候我再加载,这样的好处是节省内存空间,如果一个对象不经常用,我们就不需要在程序初始化时就将其加载,但是它会出现线程安全问题,具体看代码。

  

 如图可知,给对象一个初始值为空,如果线程访问的时候,判断到对象是空的,则进行实例化,当第二个线程访问的时候,因为第一个线程已经进行实例化,所以直接返回,而不用再进行实例化,那么会有一种情况,如果两个或者两个以上的线程同时访问呢,当多个线程跑到判空条件那里时,当第一个线程还没有完成创建对象,第二个线程判断到对象依然为空,所以进行创建,这样,就会创建两个对象,所以是线程不安全的,我们看下结果。

 运行多次以后,我们发现创建了两个对象,那么如何避免这种情况呢,当然有方法,我们可以使用加锁的方式来实现线程安全问题,如下。

我们使用了同步阻塞锁synchronized锁来同步方法,这样,每个线程访问时都要等待当前线程访问完成后才能进行访问,那么其中就有一个问题,明明只需要一个线程创建对象后其他线程就能使用,而现在,明明对象已经创建完成了,只需要判断一下就返回对象,但是我一堆线程还阻塞在外面,只是为了一个判断,这是很不合理的,没事,我们继续改进。

  

  三.双重校验锁(DCL

  懒汉式加锁可以实现线程安全,但是其效率很低,所以我们使用了双重锁校验,代码如下。

  

我们从上面代码中可以看出,使用了两次if判断,我们解读一下,如果此时对象还没有进行实例化,还为null,此时两个线程同时访问,两个线程同时进入了第一个if语句,但是到了同步代码块这里的时候第一个线程进入了同步代码块,第二个线程被阻塞了,当第一个线程实例化完成以后,第二个线程进入同步代码块以后判断instance不为空,则直接跳出判断,返回实例,后续的线程通过第一个判断,就直接返回,这样效率就会变得很高,也不存在线程安全问题。

 

  四.静态内部类实现

  上面我们使用了双重做校验方式实现了单例模式,在线程安全和效率上面都很不多,但是我们依然使用同步锁,那么还有没有更加优雅,效率更高的写法呢,答案是肯定有的,我们可以利用java的一些特性来实现,这里就使用了静态内部类,我们知道,java的内部类会在外部类执行前先执行,这样我们就可以在内部类里面进行实例化,然后外部类获取实例,代码如下。

  

因为在初始化的时候静态内部类已经完成对象的实例化,所以不存在线程安全问题。

 

  五.使用枚举

  这种方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式,它不仅能避免多线程同步问题,而且还自动支持序列化机制,防止反序列化重新创建新的对象,绝对防止多次实例化。不过,由于 JDK1.5 之后才加入 enum 特性,这种方式能够防止反射攻击(上面几种都可以通过反射来获取类的私有构造函数,从而能够创建多个实例),而enum可以防止。

 

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