[zt]Singleton和Double-Checked Locking设计模式—UML图及代码实现

Singleton和Double-Checked Locking设计模式,分别指的是单例模式和双重检查锁模式，它们都可以用于确保某个类只有一个对象实例化。

两个模式的区别在于：Singleton模式用在单线程应用程序中，而Double-Checked Locking模式用于多线程模式。

一、Singleton模式

UML图：

代码：

package bupt.xujinliang.singletonpattern;
/**
 *
 * @author jin
 *
 */
public class SingletonExample {
    public static void main(String[] args) {
        Printer printer1 = Printer.getInstance();
        Printer printer2 = Printer.getInstance();
        if(printer1 == printer2) {
            System.out.println("printer2 point to the same address with printer1");
        } else {
            System.out.println("printer2 point to different address with printer1");
        }
    }
}
class Printer {
    private static Printer instance;
    public Printer() {
        System.out.println("Printer Constructor");
    }
    public static Printer getInstance() {
        if(null == instance)
            instance = new Printer();
        return instance;
    }
}

运行结果：

2.Double-Checked Locking模式

Double Check Locking模式是singleton的多线程版本，必须使用锁来锁定临界区，当多个线程存在访问临界区的意图时，保证了临界区只被访问一次。

首先介绍其在C/C++环境下的实现过程：

代码1：

Printer* get_instance(void)
{
    lock();
    if( instance == 0) {
       instance = new Printer;
    }
    unlock();
    return instance;
}

上述代码存在的问题是：无论是否已经初始化都要加锁,增加了负荷,已经没有所谓的并发性能了。

代码2：

Printer* get_instance(void)
{
    if( instance == 0){
        lock();
        instance = new Printer;
        unlock();
    }
    return instance;
}

上述代码存在的问题是：不能保证临界区只初始化一次,没能实现singleton的基本功能。

代码3：

Printer* get_instance(void)
{
    if( instance == 0){
        lock();
        if( instance == 0 )
            instance = new Printer;
        unlock();
    }
    return instance;
}

这是比较完善的Double-Checked Locking模式实现的代码。

为什么叫做Double-Checked Locking呢？请看上述代码3，可以看到在加锁前后都对instance变量进行了检查，故谓之Double-Checked Locking。

那么在Java中的实现与在C/C++中不同吗？是的。

下面的的Java代码是不能够实现Double-Checked Locking模式的：

class Printer {
    private static Printer resource ;
    public static Printer getInstance(){
        if(resource == null ){
            synchronized (DoubleCheckedLockingExample.class) {
                if(resource  == null ){
                    resource  = new Printer() ;
                }
            }
        }
        return resource ;
    }
    private Printer(){}
}

上面程序真正的问题是没有同步的情况下读取共享变量resource，并发的情况下对象的状态值有可能是过期无效的。要解决这个问题也很简单，把resource声明为volatile类型。volatile有什么作用？引用《java并发编程实战》的解析：

当一个域声明为volatile类型后，编译器与运行时会监视这个变量：它是共享的，而且对它的操作不会与其他的内存操作一起被重排序。volatile变量不会缓存在寄存器或缓存在对其他处理器隐藏的地方。所以，读一个volatile类型的变量时，总会返回由某一线程所写入的最新值。

读取volatile变量比读取非volatile变量的性能几乎没有差别，不过需要注意的是volatile只能保证内存可见性，并不能保证原子性。

现给出Java在多线程下实现单个实例化对象的方法：

class Printer {
    private static class Instance {
        static final Printer instance = new Printer();
    }
    private static Printer resource ;
    public static Printer getInstance(){
        return Instance.instance;
    }
    private Printer(){}
}

上述方法之所以有效，是因为内部类（Instance）将只被装载一次，所以只会创建一个对象。