关于前端:Java单例模式之总有你想不到的知识

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Java 单例模式

单例模式是 Java 中最简略的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创立型模式，它提供了一种创立 对象的最佳形式

单例模式确保在一个应用程序中某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个零碎提供这个实例 单例实例。

满足条件

单例模式只应在有真正的“繁多实例”的需要时才可应用：

  1. 单例类只能有一个实例
  2. 单例类必须本人创立本人的惟一实例
  3. 单例类必须给所有其余对象提供这一实例

两种模式

Java 中实现单例模式能够通过两种模式实现：

  • 懒汉模式 (类加载时不初始化)
  • 饿汉模式 (在类加载时就实现了初始化，所以类加载较慢，但获取对象的速度快)

设计要求

编写单例必须满足上面的条件：

  1. 构造方法变成公有
  2. 提供一个静态方法获取单实例对象

饿汉模式

饿汉模式基于 classloader 机制防止了多线程的同步问题 (动态初始化将保障在任何线程可能拜访到域之前初始化它)，不过，instance 在类装载时就实例化，这时候初始化 instance 显然没有达到懒加载（lazy loading）的成果

饿汉单例绝对比拟容易了解，个别体现为以下两种模式：

package com.shixun.design.singleton;

public class  Singleton1  {private static Singleton1 instance = new Singleton1();

    // 公有构造方法，保障外界无奈间接实例化。private  Singleton1()  {}
    // 通过私有的静态方法获取对象实例 
    public  static  Singleton1  getInstance()  {return instance;}
}

也能够将动态对象初始化放在动态代码块中 

package com.shixun.design.singleton;

public class  Singleton2  { 
    private static Singleton2 instance = null;
    // 对象初始化放在动态代码块中
    static {instance = new Singleton2();
    }
    // 公有构造方法，保障外界无奈间接实例化。private  Singleton2()  {}

    // 通过私有的静态方法获取对象实例
    public  static  Singleton2  getInstance()  {return instance;}
}

懒汉形式

实现单例模式可能进步类加载性能，然而和饿汉模式借助与 JVM 的类加载外部同步机制实现了线程平安不同，须要在提早加载时留神单例实例的线程安全性，如果简略粗犷的实现，在多线程环境中将引起运行异样。

例如上面代码将引起运行异样：

package com.shixun.design.singleton;

public class  Singleton3  { 
    private static Singleton3 instance;

    private  Singleton3()  {}

    public  static  Singleton3  getInstance()  {if (instance == null) {instance = new Singleton3();
        }
        return instance;
    }
}

上述代码多线程同时拜访时可能会产生多个示例，甚至会毁坏实例，违反单例的设计准则

用上面代码也能测试进去：

package com.shixun.design.singleton;

public class  SingletonTest  implements  Runnable{ 
    @Override
    public  void  run()  {Singleton3 singleton3 =Singleton3.getInstance();
        System.out.println(singleton3);
    }

    public  static  void  main(String[] args)  {for (int i=0;i<10;i++){SingletonTest myThread = new SingletonTest();
            Thread thread = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
            Thread thread2 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
            Thread thread3 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
            thread.start();
            thread2.start();
            thread3.start();}
    }
}

懒汉式多线程解决方案

synchronized

能够为返回单例实例的办法设置同步用来保障线程安全性 

package com.shixun.design.singleton;

public class  Singleton4  { 
    private static Singleton4 instance;

    private  Singleton4()  {}

    public  synchronized  static  Singleton4  getInstance()  {if (instance == null) {instance = new Singleton4();
        }
        return instance;
    }
}

这种写法可能在多线程中很好的工作，而且看起来它也具备很好的懒加载（lazy loading），但遗憾的是，因为整个办法被同步，因而效率绝对较低

双查看锁形式

应用双查看锁须要进行两次 instance == null 的判断

  • 第一次判断没有锁，如果 install 不为 null 间接返回单实例对象，提高效率
  • 第二次判断避免多线程创立多个实例，如果 A 和 B 两个线程同时争抢 synchronized 锁，A 先争抢到锁，B 期待，A 线程 instance 赋值实例化对象，开释锁，B 线程获取到到锁，如果没有第二次判断的话，间接又会创建对象，那么就不合乎单例要求

并且还须要为这个动态对象加上 volatile 关键字，volatile 在这里的作用是：告诉其余线程及时更新变量；保障有序性，禁止指令重排序。

告诉其余线程及时更新变量还简单明了，第二个作用是这样的，咱们举例说明一下：

起因举例说明: 在执行 instance = new Singleton() 语句时，一共是有三步操作的。

  1. 堆中分配内存
  2. 调用构造方法进行初始化
  3. 将 instance 援用指向内存地址。

在这三步有可能会产生指令重排序即有两种后果可能产生：123 与 132(不管怎么重排序，单线程程序 的执行后果不会扭转)

如果 A 线程执行到 instance = new Singleton()，此时 2，3 产生重排序，选执行 3，则 instance 曾经不为 null，然而指向的对象还未初始化实现，如果此时 B 对象判断 instance 不为 null 就会间接返回一个未初始 化实现的对象。

双查看锁形式代码如下：

package com.shixun.design.singleton;

public class  Singleton5  { 
    private volatile static Singleton5 instance;

    private  Singleton5()  {}

    // 应用双查看锁形式
    public  static  Singleton5  getInstance()  {if (instance == null) {synchronized(Singleton5.class){if(instance == null){instance = new Singleton5();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

再测一下，没有问题：

package com.shixun.design.singleton;

public class  SingletonTest  implements  Runnable{ 
    @Override
    public void run() {Singleton5 singleton5 =Singleton5.getInstance();
        System.out.println(singleton5);
    }

    public static void main(String[] args) {for (int i=0;i<10;i++){SingletonTest myThread = new SingletonTest();
            Thread thread = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
            Thread thread2 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
            Thread thread3 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
            Thread thread4 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
            Thread thread5 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
            thread.start();
            thread2.start();
            thread3.start();
            thread4.start();
            thread5.start();}
    }
}

动态外部类

之前提到了，动态初始化将在实例被任何线程拜访到之前对其进行初始化，因而，能够借助于这个个性对懒汉单例进行革新：

动态外部类加载机制：应用时候才被加载，而且多线程状况下，classloader 可能保障只加载一份字节码

代码如下：

package com.shixun.design.singleton;

public class  Singleton6  { 

    private static class  SingletonHolder  {private final static Singleton6 Instance = new Singleton6();
    }

    private  Singleton6()  {}

    public  static  final  Singleton6  getInstance()  {return SingletonHolder.Instance;}

    public  void  say()  {System.out.println("调用了 say 办法");
    }

    public  static  void  sayHello()  {System.out.println("调用了 sayHello 办法");
    }

测试也 OK：

package com.shixun.design.singleton;

public class  SingletonTest  implements  Runnable{ 
    @Override
    public void run() {Singleton6 singleton6 =Singleton6.getInstance();
        System.out.println(singleton6);
        singleton6.say();}

    public static void main(String[] args) {for (int i=0;i<10;i++){SingletonTest myThread = new SingletonTest();
            Thread thread = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
            Thread thread2 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
            Thread thread3 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
            Thread thread4 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
            Thread thread5 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
            thread.start();
            thread2.start();
            thread3.start();
            thread4.start();
            thread5.start();}
    }
}

枚举（别瞎用）

JDK1.5 之后引入了枚举，因为枚举的个性，能够利用其来实现单例，它不仅能防止多线程同步问 题，而且还能避免反序列化从新创立新的对象 (序列化和反序列化后是同一个对象)

代码如下 

package com.shixun.design.singleton;

public enum  Singleton7 { 
    INSTANCE;

    public  void  say(){System.out.println("say ni hello!");
    }
}

测试一下：

package com.shixun.design.singleton;

public class  SingletonTest  implements  Runnable{ 
    @Override
    public void run() { 
        Singleton7 singleton7 = Singleton7.INSTANCE;
        System.out.println(singleton7.hashCode());
        singleton7.say();}

    public static void main(String[] args) {for (int i=0;i<10;i++){SingletonTest myThread = new SingletonTest();
            Thread thread = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
            Thread thread2 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
            Thread thread3 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
            Thread thread4 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
            Thread thread5 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
            thread.start();
            thread2.start();
            thread3.start();
            thread4.start();
            thread5.start();}
    }

    /**
 * 生写懒汉式多线程问题
 */
    private static void method01() {for (int i=0;i<100;i++){SingletonTest myThread = new SingletonTest();
            Thread thread = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
            Thread thread2 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
            Thread thread3 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
            thread.start();
            thread2.start();
            thread3.start();}
    }
}

正文完
前端
发表至： 前端
2022-08-12
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