用来创建独一无二的,是能有一个实例的对象的入场券。告诉你一个好消息,单例模式的类图可以说是所有模式的类图中最简单的,事实上,它的类图上只有一个类!但是,可不要兴奋过头,尽管从类设计的视角来说很简单,但是实现上还是会遇到相当多的波折。所以,系好安全带,出发了!
单例模式(singleton pattern):确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。
有些对象其实我们只需要一个,比如:windows的任务管理器,项目中的读取配置文件的对象,数据库连接池,spring中的bean默认也是单例,线程池(threadpool),缓存(cache),对话框,处理偏好设置和注册表(registry)的对象,日志对象,充当打印机,显卡等设备的驱动程序的对象。事实上,这类对象只能有一个实例,如果制造出多个实例,就会导致许多问题产生,例如:程序的行为异常,资源使用过量,或者是不一致的结果。
在java中实现单例模式需要注意以下三点:
/** 通过饿汉式创建单例模式 * 当前类只能创建一个对象 * 天然线程安全(类只要被加载,就会被加载到全局变量中。所以饿汉式就是及时加载,不能实现懒加载) */ public class singlehungry { //提供一个静态的全局变量作为访问该实例的入口 private static singlehungry instance = new singlehungry(); /** * 构造器私有,不让外部通过new创建实例 */ private singlehungry() {} /** * 对外提供静态的方法,用来获取该类的实例 */ public static singlehungry getinstance() { return instance; } }
优点:线程安全;
缺点:不能懒加载。
/** * 懒汉式,完成单例模式: * 静态的全局变量,初始化放在了静态方法中,延迟产生了实例 * 延迟加载 * 线程不安全 */ public class singlelazy { //提供一个静态的全局变量作为访问该实例的入口,但不立即加载 private static singlelazy instance = null; /** * 构造器私有 */ private singlelazy() { system.out.println("构造器被调用了"); } /** * 提供方法获取该类的实例 * @return */ public static singlelazy getinstance() { //先查看是否存在对象,不存在则创建 if(instance == null) { instance = new singlelazy(); } return instance; } }
以上代码存在的问题如图:
这段代码是线程不安全的,当有多个线程同时访问该代码时,会出现创建多个实例的情况。
为了方便理解,我以head first设计模式中的图来介绍:
以上模拟了多线程问题的运行步骤,只是对象的名称不一样而已,相信对你来说是没问题的。
解决思路1:
加锁。锁方法
问题:可以解决问题,但锁住整个方法的粒度太大了,效率较低。不推荐使用
解决思路2:
加锁。锁代码块,先判断后锁
问题:不能解决问题,以上方式锁的粒度变小了,但是并不能产生一个实例。原因:多个线程判断之后全局变量都是null,进入后都开始等锁。线程1出去,线程2进来继续实例化,所以得到的对象是多个。
解决思路3:
加锁。锁代码块,先锁后判断。
以上方式解决了问题,当有多个线程同时访问getinstance()。保证了多个线程是以流式,次序性的进入当前方法来获取该类的实例。那么效率一样很低。而且多个线程同时等待。
上面的解决方法似乎都不怎么好,那么有没有一种更好的方法来解决懒汉式的多线程安全问题呢?请继续探索... ...
public class singlelazy { /* * 双重检测(双重校验锁) * 延迟加载 * 线程安全 */ private static volatile singlelazy instance; /* * 构造器私有 */ private singlelazy() { system.out.println("构造器被调用了"); } public static singlelazy getinstance() { if(instance == null) { synchronized (singlelazy.class) { if(instance == null) { instance = new singlelazy(); } } } return instance; } }
volatile关键字确保:当instance变量被初始化成singleton实例时,多个线程正确地处理instance变量。
值得注意的是:很不幸地,在jdk1.5之前的版本,许多jvm对于volatile关键字的实现会导致dcl(double check locking)失效。如果你不能使用jdk1.4之后的版本,就请不要利用此技巧实现单例模式。
双重检测很好的解决了懒汉式多线程安全问题,可以和之前的几种解决思路对比一下,思考一下优点在哪里!
解决思路:
我们知道为了解决这个线程安全问题,必须加锁,并且必须先锁后判断,思路3已经解决了问题,为了进一步优化代码执行效率,我们再来改进一下代码:
我们在锁的外面再加一层对全局变量的判断,这么做的效果是什么呢?当有多个线程来访问时,例如:
/* * 静态内部类创建单例(利用类加载机制,保证线程安全问题) * 线程安全 * 懒加载 */ public class singleinner { private singleinner() {} private static class singleinnerholder{ private static singleinner instance = new singleinner(); } public static singleinner getinsstance() { return singleinnerholder.instance; } }
和饿汉式一样采用的是classloader机制,保证了线程安全问题,但不同的是,静态内部类同样满足懒加载(当调用getinsstance()方法时,实例才会被创建)。
public enum singleenum { //定义示例化的单例对象 instance; /* * 对象执行的功能 */ public void getinstance() { } }
枚举类的单例模式,不存在出现序列化,反射构建对象的漏洞(前面几种单例实现方式都存在此问题)。不能懒加载。默认情况枚举实例的创建都是线程安全,但是实例对象实现的方法,需要自己保证线程安全问题。
我们以饿汉式为例,如下图:
通过反射获取的s3和通过饿汉式获取的s1,s2,并不是同一个实例,那么有什么办法可以解决反射对单例的影响呢!请看下面:
解决方法:
我们通过改变饿汉式构造方法的方式,来解决这个问题:
调用时抛出异常:
依旧以饿汉式为例,如下图:
通过序列化,反序列化获取的s3和通过饿汉式获取的s1,s2,并不是同一个实例,那么有什么办法可以解决序列化,反序列化对单例的影响呢!请看下面:
通过在饿汉式中加入此方法,就可以解决这个问题:
占用资源较多 需要懒加载 静态内部类优先 懒汉式(优先使用dcl)。
设计模式源于生活
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设计模式之解释器模式(附:SpelExpressionParser中解释器模式应用分析)
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