创建型模式之单例模式

单例模式(Singleton)分为两种,一种饿汉模式,一种懒汉模式

单例模式:保证一个类只有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点

在Java 应用中,单例对象能保证在一个JVM 中,该对象只有一个实例存在。这样的模式有几个好处:
1、某些类创建比较频繁,对于一些大型的对象,这是一笔很大的系统开销。
2、省去了new 操作符,降低了系统内存的使用频率,减轻GC 压力。
3、有些类如交易所的核心交易引擎,控制着交易流程,如果该类可以创建多个的话,系统完全乱了。(比如一个军队出现了多个司令员同时指挥,肯定会乱成一团),所以只有使用单例模式,才能保证核心交易服务器独立控制整个流程

1.饿汉模式

第一种饿汉实现方式

/*
 * 单例模式之饿汉模式
 * */
public class Singleton1 {
	private static final Singleton1 instance = new Singleton1();
	private Singleton1(){
		
	}
	
	public static Singleton1 getInstance(){
		return Singleton1.instance;
		
	}
	
		
}

第二种饿汉实现方式

public class Singleton2 {
	
	private Singleton2(){
		
	}
	
	private static class SingletonFactory{
		private static final Singleton2 instance = new Singleton2();
	}
	
	public static Singleton2 getInstance(){
		return SingletonFactory.instance;
		
	}
	//如果对象用于序列化,可以保证对象在序列化前后保持一致
	public Object readResolve(){
		return getInstance();
	}
	
		
}

饿汉模式就是不管什么时候,从类初始化的时候就实例化了,没有实现延迟加载

2.懒汉模式

看看懒汉模式一步一步怎么完善的

public class Singleton3 {
	private static  Singleton3 instance = null;//实现延迟加载
	private Singleton3(){
		
	}
	
	public static Singleton3 getInstance(){
		if(instance == null){
		instance = new Singleton3();
		}
		return instance;
	}
	// 如果该对象被用于序列化,可以保证对象在序列化前后保持一致
	public Object readResolve(){
		return instance;
	}
		
}

这个类可以满足基本要求,但是,像这样毫无线程安全保护的类,如果我们把它放入多线程的环境下,肯定就会出现问题了,如何解决?我们首先会想到对getInstance 方法加synchronized 关键字,如下:

public class Singleton4 {
	private static  Singleton4 instance = null;//实现延迟加载
	private Singleton4(){
		
	}
	
	public static synchronized Singleton4 getInstance(){
		if(instance == null){
		instance = new Singleton4();
		}
		return instance;
	}
	// 如果该对象被用于序列化,可以保证对象在序列化前后保持一致
	public Object readResolve(){
		return instance;
	}
		
}

但是,synchronized 关键字锁住的是这个对象,这样的用法,在性能上会有所下降,因为每次调用getInstance(),都要对对象上锁,事实上,只有在第一次创建对象的时候需要加锁,之后就不需要了,所以,这个地方需要改进。我们改成下面这个:

public class Singleton5 {
	private static  Singleton5 instance = null;//实现延迟加载
	private Singleton5(){
		
	}
	
	public static  Singleton5 getInstance(){
		if(instance == null){
			synchronized(instance){
				if(instance == null)
				instance = new Singleton5();
		}
		}
		return instance;
	}
	// 如果该对象被用于序列化,可以保证对象在序列化前后保持一致
	public Object readResolve(){
		return instance;
	}
		
}

似乎解决了之前提到的问题,将synchronized 关键字加在了内部,也就是说当调用的时候是不需要加锁的,只有在instance 为null,并创建对象的时候才需要加锁,性能有一定的提升。但是,这样的情况,还是有可能有问题的,看下面的情况:在Java 指令中创建对象和赋值操作是分开进行的,也就是说instance = new Singleton();语句是分两步执行的。但是JVM 并不保证这两个操作的先后顺序,也就是说有可能JVM 会为新的Singleton 实例分配空间,然后直接赋值给instance 成员,然后再去初始化这个Singleton 实例。这样就可能出错了,

我们以A、B 两个线程为例:a>A、B 线程同时进入了第一个if 判断b>A 首先进入synchronized 块,由于instance 为null,所以它执行instance = new Singleton();c>由于JVM 内部的优化机制,JVM 先画出了一些分配给Singleton 实例的空白内存,并赋值给instance成员(注意此时JVM 没有开始初始化这个实例),然后A 离开了synchronized 块。d>B 进入synchronized 块,由于instance 此时不是null,因此它马上离开了synchronized 块并将结果返回给调用该方法的程序。e>此时B 线程打算使用Singleton 实例,却发现它没有被初始化,于是错误发生了。所以程序还是有可能发生错误,其实程序在运行过程是很复杂的,从这点我们就可以看出,尤其是在写多线程环境下的程序更有难度,有挑战性。

实际情况是,单例模式使用内部类来维护单例的实现,JVM 内部的机制能够保证当一个类被加载的时
候,这个类的加载过程是线程互斥的。这样当我们第一次调用getInstance 的时候,JVM 能够帮我们保
证instance 只被创建一次,并且会保证把赋值给instance 的内存初始化完毕,这样我们就不用担心上
面的问题。同时该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制,这样就解决了低性能问题。这样我们
暂时总结一个完美的单例模式:

因为我们只需要在创建类的时候进行同步,所以只要将创建和getInstance()分开,单独为创建加synchronized 关键字,也是可以的:

public class Singleton6 {
	private static  Singleton6 instance = null;//实现延迟加载
	private Singleton6(){
		
	}
	public static synchronized void syncInit(){
		if(instance == null){
			instance = new Singleton6();
		}
		
	}
	
	public static  Singleton6 getInstance(){
		if(instance == null){
			syncInit();
		}
		return instance;
	}
	// 如果该对象被用于序列化,可以保证对象在序列化前后保持一致
	public Object readResolve(){
		return instance;
	}
		
}

考虑性能的话,整个程序只需创建一次实例,所以性能也不会有什么影响

最后补充:采用"影子实例"的办法为单例对象的属性同步更新

public class Singleton7 {
	private static  Singleton7 instance = null;//实现延迟加载
	private Vector properties = null;
	
	
	public Vector getProperties() {
		return properties;
	}
	
	public void setProperties(Vector properties) {
		this.properties = properties;
	}
	private Singleton7(){
		
	}
	public static synchronized void syncInit(){
		if(instance == null){
			instance = new Singleton7();
		}
		
	}
	
	public static  Singleton7 getInstance(){
		if(instance == null){
			syncInit();
		}
		return instance;
	}
	
	//影子实例
	public void updateProperties(){
		Singleton7 shadow = new Singleton7();
		properties = shadow.getProperties();
	}
	
	// 如果该对象被用于序列化,可以保证对象在序列化前后保持一致
	public Object readResolve(){
		return instance;
	}
		
}

懒汉模式实现了延迟加载,就是说,只有再用的时候才会创建实例,才会在堆内存开辟空间,而饿汉模式,是类一加载完就创建了实例

1、单例模式理解起来简单,但是具体实现起来还是有一定的难度。
2、synchronized 关键字锁定的是对象,在用的时候,一定要在恰当的地方使用(注意需要使用锁的对
象和过程,可能有的时候并不是整个对象及整个过程都需要锁)。
到这儿,单例模式基本已经讲完了,结尾处,笔者突然想到另一个问题,就是采用类的静态方法,实现
单例模式的效果,也是可行的,此处二者有什么不同?
首先,静态类不能实现接口。(从类的角度说是可以的,但是那样就破坏了静态了。因为接口中不允许
有static 修饰的方法,所以即使实现了也是非静态的)
其次,单例可以被延迟初始化,静态类一般在第一次加载是初始化。之所以延迟加载,是因为有些类比
较庞大,所以延迟加载有助于提升性能。
再次,单例类可以被继承,他的方法可以被覆写。但是静态类内部方法都是static,无法被覆写。
最后一点,单例类比较灵活,毕竟从实现上只是一个普通的Java 类,只要满足单例的基本需求,你可
以在里面随心所欲的实现一些其它功能,但是静态类不行。从上面这些概括中,基本可以看出二者的区
别,但是,从另一方面讲,我们上面最后实现的那个单例模式,内部就是用一个静态类来实现的,所以,
二者有很大的关联,只是我们考虑问题的层面不同罢了。两种思想的结合,才能造就出完美的解决方案,
就像HashMap 采用数组+链表来实现一样,其实生活中很多事情都是这样,单用不同的方法来处理问
题,总是有优点也有缺点,最完美的方法是,结合各个方法的优点,才能最好的解决问题!

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