Java教程

Java设计模式(单例设计模式)

本文主要是介绍Java设计模式(单例设计模式),对大家解决编程问题具有一定的参考价值,需要的程序猿们随着小编来一起学习吧!

目录

一、饿汉模式/立即加载

二、懒汉模式/延迟加载(线程不安全)

三、懒汉式模式(线程安全)

四、懒汉式模式(DCL双检查锁机制(DCL:double checked locking))

五、静态内部类(最优方法)


单例模式定义:确保某一个类只有一个实例,并且提供一个全局访问点。

单例模式典型3个特点:1、只有一个实例。2、自我实例化。3、提供全局访问点。

一、饿汉模式/立即加载

public class Singleton {

    // 将自身实例化对象设置为一个属性,并用static、final修饰
    private static final Singleton instance = new Singleton();
    
    // 构造方法私有化
    private Singleton() {}
    
    // 静态方法返回该实例
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

优点:实现起来简单,没有多线程同步问题。

缺点:当类Singleton 被加载的时候,会初始化static的instance,静态变量被创建并分配内存空间,从这以后,这个static的instance对象便一直占着这段内存(即便你还没有用到这个实例),当类被卸载时,静态变量被摧毁,并释放所占有的内存,因此在某些特定条件下会耗费内存。

二、懒汉模式/延迟加载(线程不安全)

public class Singleton {

    // 将自身实例化对象设置为一个属性,并用static修饰
    private static Singleton instance;
    
    // 构造方法私有化
    private Singleton() {}
    
    // 静态方法返回该实例
    public static Singleton getInstance() {
        if(instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

优点:实现起来比较简单,当类Singleton 被加载的时候,静态变量static的instance未被创建并分配内存空间,当getInstance方法第一次被调用时,初始化instance变量,并分配内存,因此在某些特定条件下会节约了内存。

缺点:在多线程环境中,不能保证只有一个单例,可能存在多个。

三、懒汉式模式(线程安全)

public class Singleton {

    // 将自身实例化对象设置为一个属性,并用static修饰
    private static Singleton instance;
    
    // 构造方法私有化
    private Singleton() {}
    
    // 静态方法返回该实例,加synchronized关键字实现同步
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if(instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

优点:在多线程情形下,保证了“懒汉模式”的线程安全。

缺点:众所周知在多线程情形下,synchronized方法通常效率低,显然这不是最佳的实现方案。

四、懒汉式模式(DCL双检查锁机制(DCL:double checked locking))

public class Singleton {

    // 将自身实例化对象设置为一个属性,并用static修饰
    private static Singleton instance;
    
    // 构造方法私有化
    private Singleton() {}
    
    // 静态方法返回该实例
    public static Singleton getInstance() {
        // 第一次检查instance是否被实例化出来,如果没有进入if块
        if(instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                // 某个线程取得了类锁,实例化对象前第二次检查instance是否已经被实例化出来,如果没有,才最终实例出对象
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

优点:DCL模式的优点就是,只有在对象需要被使用时才创建,第一次判断 instance== null为了避免非必要加锁,当第一次加载时才对实例进行加锁再实例化。这样既可以节约内存空间,又可以保证线程安全。但是,由于jvm存在乱序执行功能,DCL也会出现线程不安全的情况。

INSTANCE = new SingleTon();这个步骤,其实在jvm里面的执行分为三步:

1.在堆内存开辟内存空间。
2.在堆内存中实例化SingleTon里面的各个参数。
3.把对象指向堆内存空间。

由于jvm存在乱序执行功能,所以可能在2还没执行时就先执行了3,如果此时再被切换到线程B上,由于执行了3,INSTANCE 已经非空了,会被直接拿出来用,这样的话,就会出现异常。这个就是著名的DCL失效问题。

不过在JDK1.5之后,官方也发现了这个问题,故而具体化了volatile,即在JDK1.6及以后,只要定义为private volatile static SingleTon  INSTANCE = null;就可解决DCL失效问题。volatile确保INSTANCE每次均在主内存中读取,这样虽然会牺牲一点效率,但也无伤大雅。

五、静态内部类(最优方法)

public class SingleTon{
  private SingleTon(){}
 
  private static class SingleTonHoler{
     private static SingleTon INSTANCE = new SingleTon();
 }
 
  public static SingleTon getInstance(){
    return SingleTonHoler.INSTANCE;
  }
}

静态内部类的优点是:外部类加载时并不需要立即加载内部类,内部类不被加载则不去初始化INSTANCE,故而不占内存。即当SingleTon第一次被加载时,并不需要去加载SingleTonHoler,只有当getInstance()方法第一次被调用时,才会去初始化INSTANCE,第一次调用getInstance()方法会导致虚拟机加载SingleTonHoler类,这种方法不仅能确保线程安全,也能保证单例的唯一性,同时也延迟了单例的实例化。

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参考:

cjava设计模式--单例模式 - 吟啸且徐行 - 博客园

设计模式之单例模式 - chenghaow - 博客园

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