概述
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特点
单例模式的特点:
1、只能有一个实例;
2、必须自己创建自己的一个实例;
3、必须给所有其他对象提供这一实例。
饿汉式单例模式
也称为预先加载法,实现方式如下:
class Single
{
private Single()(
Syustem.out.println("ok");
)
private static Single instance = new Single();
public static Single getInstance(){
return instance;
}
}
优点:线程安全,调用时反应速度快,在类加载的同时已经创建好了一个静态对象(创建的唯一对象);
缺点:资源利用效率不高,可能该实例并不需要,但也被系统加载了。另外,饿汉式在一些场景下是无法使用的,比如,如果Single实例的创建依赖参数或配置文件,则在getInstance()之前必须调用某个方法来设置这些参数,但在设置之前,可能已经new了Single实例,这种情况下,饿汉式的写法是无法使用的。
懒汉式单例模式
也称为延迟加载法,实现方式如下:
public class LazySingleton {
private static LazySingleton instance;
private LazySingleton() {}
public static LazySingleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new LazySingleton();
}
return instance;
}
}
延迟加载法在适用于单线程环境,它不是线程安全的,引入多线程时,就必须通过同步来保护getInstance()方法,否则可能会返回LazySingleton的两个不同实例。比如,一个线程在判断instance为null后,还没来得及创建新的instance,另一个线程此时也判断到instance为null,这样两个线程便会创建两个LazySingleton实例。
可以将getInstance()方法改为同步方法,这样便可以避免上述问题,改进后的单例模式实现如下:
public class LazySingleton {
private static LazySingleton instance;
private LazySingleton() {}
public static synchronized LazySingleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new LazySingleton();
}
return instance;
}
}
优点:资源利用率高,不执行getInstance就不会被实例。
缺点:第一次加载时反应不快,多线程使用不必要的同步开销大
这里的缺点主要是:每次调用getInstance()方法时,都要同步,而且很多时候的同步是没必要的,这将会极大地拖垮性能(尤其在需要多次调用getInstance方法的地方,当第一次创建了LazySingleton实例后,instance便不再为null,这样后面每次调用getInstance进入方法体后,却便发现自己什么也不用做,而每次调用getInstnce都要同步,需要切换到内核,这样便很浪费资源,每次做很大开销进入方法体,却发现自己什么也不用做)。
DCL单例模式
针对延迟加载法的同步实现所产生的性能低的问题,我们可以采用DCL,即双重检查加锁(Double Check Lock)的方法来避免每次调用getInstance()方法时都同步。实现方式如下:
public class LazySingleton {
private static LazySingleton instance;
private LazySingleton() {}
public static LazySingleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized(LazySingleton.class){
if(instance == null){
instance = new LazySingleton();
}
}
}
return instance;
}
}
优点:资源利用率高,不执行getInstance就不会被实例,多线程下效率高。
缺点:第一次加载时反应不快,由于java 内存模型一些原因偶尔会失败,在高并发环境下也有一定的缺陷,虽然发生概率很小。
DCL对instance进行了两次null判断,第一层判断主要是为了避免不必要的同步,第二层的判断则是为了在null的情况下创建实例。
对于DCL的不安全性,我们来看看如下场景:
假设线程A执行到instance = new LazySingleton()这句,这里看起来是一句话,但实际上它并不是一个原子操作,我们只要看看这句话被编译后在JVM执行的对应汇编代码就发现,这句话被编译成8条汇编指令,大致做了3件事情:
1.给LazySingleton的实例分配内存。
2.初始化LazySingleton()的构造器
3.将instance对象指向分配的内存空间(注意到这步instance就非null了)。
但是,由于Java编译器允许处理器乱序执行,以及JDK1.5之前JMM(Java Memory Medel,即Java内存模型)中Cache、寄存器到主内存回写顺序的规定,上面的第二点和第三点的顺序是无法保证的,也就是说,执行顺序可能是1-2-3也可能是1-3-2,如果是后者,并且在3执行完毕、2未执行之前,被切换到线程B上,这时候instance因为已经在线程A内执行过了第三点,instance已经是非空了,所以线程B直接拿走instance,然后使用,然后顺理成章地报错,而且这种难以跟踪难以重现的错误很可能会隐藏很久。
DCL的写法来实现单例是很多技术书、教科书(包括基于JDK1.4以前版本的书籍)上推荐的写法,实际上是不完全正确的。的确在一些语言(譬如C语言)上DCL是可行的,但这取决于是否能保证2、3步的顺序。在JDK1.5之后,官方已经注意到这种问题,调整了JMM、具体化了volatile关键字,因此如果JDK是1.5或之后的版本,只需要将instance的定义改成“private volatile static LazySingleton instance = null;”就可以保证每次都去instance都从主内存读取,就可以使用DCL的写法来完成单例模式。当然volatile或多或少也会影响到性能,最重要的是我们还要考虑JDK1.4以及之前的版本,所以本文中单例模式写法的改进还在继续。
static内部类单例模式
该方法是为了解决DCL方法在并发环境中的缺陷而提出的,关于DCL在并发编程中存在的问题可以参考这篇文章:http://blog.csdn.net/ns_code/article/details/17348313的后半部分,其实现方式如下:
class Single
{
private Single()(
Syustem.out.println("ok");
)
private static class InstanceHolder{
private static final Singlet instance = new Single();
}
public static Single getInstance(){
return InstanceHolder.instance;
}
}
优点:线程安全,资源利用率高,不执行getInstance就不会被实例。
缺点:第一次加载时反应不快。
这里针对最后一种方法补充以下基本知识点:类级内部类(有static修饰的成员内部类)相当于其外部类的成员,只有在第一次使用时才会被装载,而不会在类加载器加载其外部类的时候被装载,而且只会被加载一次。因此,资源利用率高。
总结:在Java中由于会涉及到并发编程,考虑到效率、安全性等问题,一般常用饿汉式单例模式或static内部类单例模式,而后者又是最优且最常用的单例设计模式的实现方法。
参考资料:http://blog.csdn.net/ns_code/article/details/17348313
http://www.myexception.cn/software-architecture-design/1235112.html
http://m.blog.csdn.net/blog/codezjx/8883599
http://blog.sina.com.cn/s/blog_6d2890600101gb8x.html
最后
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