单例模式(Signleton)
一、定义
什么是单例模式？
单例模式是指类在各种情况下在只有一个实例
单例模式三元素:
- 1.构造函数私有化
- 2.静态属性执行实例
- 3.静态方法返回静态属性
二、应用场景
单例模式用来干什么?
-
类频繁的创建和销毁,控制实例数目，节省系统资源
-
多进程多线程操作同一个文件，文件的处理必须是单例模式
-
设备管理器，网站的计数器为单例模式，
-
多线程的线程池设计一般也是单例模式，实现线程池对池中线程进行控制
三、实现
最重要的两个要求:
1.构造函数私有化
2.任何时候保证，只有一个实例
1.饿汉式
首选模式
实例立刻进行创建,使用时候进行返回
可以实现线程安全
public class Singleton{
private static Singleton instance=new Singleton();
private Singleton(){
}
public static Singleton getInstance(){
return instance;
}
public void showMessage(){
System.out.println("the instance created");
}
}
public class SingletonDemo{
public static void main(String[] args){
Singleton sg=Singleton.getInstance();
sg.showMessage();
}
}
2.懒汉式
在需要用到的实例的时候，进行创建
线程不安全
线程不安全
假设有两个线程t1,t2;
线程t1在运行到位置1的时候，cpu的使用权被交换
线程t2继续运行,建立一个instance_t2
线程t1获得运行权，继续执行位置2创建一个instance_t1
public class Singleton{
private static Singleton instance;
private Singleton(){
}
public static Singleton getInstance(){
if(instance==null){ // 1
instance==new Singleton(); // 2
}
return instance;
}
}
3.实现线程安全
java每个对象都有一个内部锁
synchorinzed 关键字声明实现getInstace整个方法的锁
public class Singleton{
private static Singleton instance;
private Singleton(){
}
public static synchronized Singleton getInstance(){
if(instance==null){ // 1
instance==new Singleton(); // 2
}
return instance;
}
}
4.DCL(double-checked locking)双检锁
1位置进行判空，不为空就是已创建，直接5返回
1位置判断为空，进入synchronized同步块,synchronized加类锁，确保同时只有一个线程进入
3位置为什么还要判空?
对于第一个拿锁的，3位置instance==null 创建新的实例
对于第一个拿锁在创建对象期间，也会有线程调用getInstance,此时实例还没有创建，1位置继续运行到位置2，发生阻塞。
创建实例完成后，所有其他都不会进入1位置,期间的阻塞进程唤醒，需要3位置的if语句来防止再次创建对象
volatile关键字
避免指令重排序
4语句 instance= new Singleton()；
对象初始化过程中，JVM主要做的事情
这个语句进行分解:
- 1.堆上分配内存
- 2.填充对象信息，具体数据初始化，末位填充
- 3.将引用指向这个对象堆地址
完成操作1 后，2，3可能存在指令重排序的可能
3的操作明显比2少，2，3一起执行，具体的顺序变成 1-3-2
先完成3，2慢慢的执行
这个时候，被synchronized挡在外面的阻塞线程无影响,会等到对象创建完，，首个拿锁者才会释放锁
在3完成，2未完成，有新的线程调用getInstance，对于位置1处的if，3完成，instance已经指向具体的内存地址，非空。导致直接返回未完成2语句，未完成初始化的instance实例
volatile 避免指令重排序，按照1-2-3的顺序执行
public class Singleton{
private static volatile Singleton instance;
private Singleton(){
}
public static Singleton getInstance(){
if(instance==null){ //1
synchronized(Singleton.class){ //2
if(instance==null){ //3
instance==new Singleton();//4
}
}
}
return instance; //5
}
}
5.静态内部类
可以到达双检锁的同样的功效
静态域使用延迟初始化
public class Singleton{
private static class SingletonHolder{
private static final Singleton INSTANCE=new Singleton();
}
private Singleton(){
}
public static final Singleton getInstance(){
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
6.枚举
实现单例模式的最佳最佳方式
简洁，自动支持序列化机制，避免多线程同步问题
public enum Singleton{
INSTANCE;
public void Method(){
}
}
四、使用
1.默认选用饿汉式,实例立即加载
如果构造函数性能消耗大，例如建立与数据库的连接，启动就会有卡顿
2.使用lazy loading效果，可以先选择静态内部类实现
懒汉式优先考虑线程安全
3.特殊要求使用双检锁要求