三、单例模式
单例模式
前言
单例模式(singleton pattern)是 java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式,它提供了一种创建对象的最佳方式。
这种模式涉及到一个单一的类,该类负责创建自己的对象,同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式,可以直接访问,不需要实例化该类的对象。
注意:
- 1、单例类只能有一个实例。
- 2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
- 3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
单例模式的几种实现方式
【1】懒汉式(线程不安全)
public class singleton { private static singleton instance; private singleton (){} public static singleton getinstance() { if (instance == null) { instance = new singleton(); } return instance; } }
这种方式是最基本的实现方式,这种实现最大的问题就是不支持多线程。因为没有加锁 synchronized,所以严格意义上它并不算单例模式。
这种方式 lazy loading 很明显,不要求线程安全,在多线程不能正常工作。
【2】懒汉式(线程安全)
public class singleton { private static singleton instance; private singleton (){} public static synchronized singleton getinstance() { if (instance == null) { instance = new singleton(); } return instance; } }
这种方式的好处是写起来简单,且绝对线程安全;坏处是并发性能极差,事实上完全退化到了串行。单例只需要初始化一次,但就算初始化以后,synchronized的锁也无法避开,从而getinstance()完全变成了串行操作。性能不敏感的场景建议使用。
【3】饿汉式
public class singleton { private static singleton instance = new singleton(); private singleton (){} public static singleton getinstance() { return instance; } }
这种方式比较常用,但容易产生垃圾对象,即类加载时初始化单例,以后访问时直接返回即可。
它基于类加载机制避免了多线程的同步问题,但是没有达到懒加载的效果
【4】双重校验锁(dcl)
public class singleton { private static singleton instance; public int f1 = 1; // 触发部分初始化问题 public int f2 = 2; private singleton(){} public static singleton getinstance() { if (instance == null) { // 当instance不为null时,可能指向一个“被部分初始化的对象” synchronized (singleton.class) { if ( instance == null ) { instance = new singleton(); } } } return instance; } }
这种方式看起来似乎已经达到了理想的效果:懒加载+线程安全。但是dcl仍然是线程不安全的,由于指令重排序,会遇到”部分初始化问题”。
问题出在这行简单的赋值语句:
instance = new singleton();
它并不是一个原子操作。事实上,它可以”抽象“为下面几条jvm指令:
memory = allocate(); //1:分配对象的内存空间 initinstance(memory); //2:初始化对象(对f1、f2初始化) instance = memory; //3:设置instance指向刚分配的内存地址
上面操作2依赖于操作1,但是操作3并不依赖于操作2,所以jvm可以以“优化”为目的对它们进行重排序,经过重排序后如下:
memory = allocate(); //1:分配对象的内存空间 instance = memory; //3:设置instance指向刚分配的内存地址(此时对象还未初始化) ctorinstance(memory); //2:初始化对象
可以看到指令重排之后,操作 3 排在了操作 2 之前,即引用instance指向内存memory时,这段崭新的内存还没有初始化——即,引用instance指向了一个”被部分初始化的对象”。此时,如果另一个线程调用getinstance方法,由于instance已经指向了一块内存空间,从而if条件判为false,方法返回instance引用,用户得到了没有完成初始化的“半个”单例。
解决这个该问题,只需要将instance声明为volatile变量
【5】登记式/静态内部类
public class singleton { private static class singletonholder { private static final singleton instance = new singleton(); } private singleton (){} public static final singleton getinstance() { return singletonholder.instance; } }
这种方式能达到双检锁方式一样的功效,但实现更简单。对静态域使用延迟初始化,应使用这种方式而不是双检锁方式。这种方式只适用于静态域的情况,双检锁方式可在实例域需要延迟初始化时使用。
这种方式同样利用了类加载机制来保证初始化 instance 时只有一个线程,它跟第饿汉式种方式不同的是:饿汉式方式只要 singleton 类被装载了,那么 instance 就会被实例化(没有达到 lazy loading 效果),而这种方式是 singleton 类被装载了,instance 不一定被初始化。因为 singletonholder 类没有被主动使用,只有通过显式调用 getinstance 方法时,才会显式装载 singletonholder 类,从而实例化 instance。
【6】枚举
public enum singleton { instance; public void whatevermethod() { } }
这种实现方式还没有被广泛采用,但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁,自动支持序列化机制,绝对防止多次实例化。
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