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  • 关于java单例模式,这篇已经讲得很清楚了,建议收藏!

    概念

    java中单例模式是一种常见的设计模式,单例模式分三种:懒汉式单例、饿汉式单例、登记式单例三
    种。

    特点

    单例模式有以下特点:

    • 单例类只能有一个实例。
    • 单例类必须自己创建自己的唯一实例。
    • 单例类必须给所有其他对象提供这一实例
      单例模式确保某个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。避免生成多个对
      象保证只对这一个唯一对象进行操作,保证线程的安全和数据的安全.

    饿汉式:

    顾名思义,饿汉式就是在第一次引用该类的时候就创建对象实例,而不管实际是否需要创建。代码如
    下:
    下面看一个示例:

    public class Singleton { 
        private static Singleton = new Singleton(); 
        private Singleton() {} 
        public static getSignleton(){ return singleton; }
    }
    

    这样做的好处是编写简单,但是无法做到延迟创建对象。但是我们很多时候都希望对象可以尽可能地
    延迟加载,从而减小负载,所以就需要下面的懒汉式

    懒汉式:

    单线程写法
    public class Singleton { private static Singleton = new Singleton(); private Singleton() {} public static getSignleton(){ return singleton; }}
    这种写法是最简单的,由私有构造器和一个公有静态工厂方法构成,在工厂方法中对singleton进行null
    判断,如果是null就new一个出来,最后返回singleton对象。这种方法可以实现延时加载,但是有一个
    致命弱点:线程不安全。如果有两条线程同时调用getSingleton()方法,就有很大可能导致重复创建对
    象。

    public class Singleton { 
        private static Singleton singleton = null; 
        private Singleton(){} 
        public static Singleton getSingleton() { 
        if(singleton == null) singleton = new Singleton(); 
        return singleton; 
        }
    }
    

    考虑线程安全的写法:

    这种写法考虑了线程安全,将对singleton的null判断以及new的部分使用synchronized进行加锁。同
    时,对singleton对象使用volatile关键字进行限制,保证其对所有线程的可见性,并且禁止对其进行指
    令重排序优化。如此即可从语义上保证这种单例模式写法是线程安全的。注意,这里说的是语义上,实
    际使用中还是存在小坑的

    public class Singleton { 
        private static volatile Singleton singleton = null; 
        private Singleton(){} 
        public static Singleton getSingleton(){ 
            synchronized (Singleton.class){ 
            if(singleton == null){ 
                singleton = new Singleton(); 
            }
        return singleton; 
        }
    }
    

    兼顾线程安全和效率的写法:

    虽然上面这种写法是可以正确运行的,但是其效率低下,还是无法实际应用。因为每次调用
    getSingleton()方法,都必须在synchronized这里进行排队,而真正遇到需要new的情况是非常少的。
    所以,就诞生了第三种写法

    public class Singleton { 
        private static volatile Singleton singleton = null; 
        private Singleton(){} 
        public static Singleton getSingleton(){ 
            if(singleton == null){ 
                synchronized (Singleton.class){ 
                    if(singleton == null){ 
                        singleton = new Singleton(); 
                    }
                }
            }
            return singleton; 
        }
    }
    

    这种写法被称为“双重检查锁”,顾名思义,就是在getSingleton()方法中,进行两次null检查。看似多
    此一举,但实际上却极大提升了并发度,进而提升了性能。为什么可以提高并发度呢?就像上文说的,
    在单例中new的情况非常少,绝大多数都是可以并行的读操作。因此在加锁前多进行一次null检查就可
    以减少绝大多数的加锁操作,执行效率提高的目的也就达到了

    小坑:

    那么,这种写法是不是绝对安全呢?前面说了,从语义角度来看,并没有什么问题。但是其实还是有
    坑。说这个坑之前我们要先来看看 volatile 这个关键字。其实这个关键字有两层语义。第一层语义相信
    大家都比较熟悉,就是可见性。可见性指的是在一个线程中对该变量的修改会马上由工作内存( Work
    Memory )写回主内存( Main Memory ),所以会马上反应在其它线程的读取操作中。顺便一提,工
    作内存和主内存可以近似理解为实际电脑中的高速缓存和主存,工作内存是线程独享的,主存是线程共
    享的。 volatile 的第二层语义是禁止指令重排序优化。大家知道我们写的代码(尤其是多线程代码),
    由于编译器优化,在实际执行的时候可能与我们编写的顺序不同。编译器只保证程序执行结果与源代码
    相同,却不保证实际指令的顺序与源代码相同。这在单线程看起来没什么问题,然而一旦引入多线程,
    这种乱序就可能导致严重问题。 volatile 关键字就可以从语义上解决这个问题。
    注意,前面反复提到 “ 从语义上讲是没有问题的 ” ,但是很不幸,禁止指令重排优化这条语义直到 jdk1.5
    以后才能正确工作。此前的 JDK 中即使将变量声明为 volatile 也无法完全避免重排序所导致的问题。所
    以,在 jdk1.5 版本前,双重检查锁形式的单例模式是无法保证线程安全的。

    静态内部类法:

    那么,有没有一种延时加载,并且能保证线程安全的简单写法呢?我们可以把 Singleton 实例放到一个
    静态内部类中,这样就避免了静态实例在 Singleton 类加载的时候就创建对象,并且由于静态内部类只
    会被加载一次,所以这种写法也是线程安全的:

    public class Singleton { 
        private static class Holder { 
            private static Singleton singleton = new Singleton(); 
        }
        private Singleton(){} 
        public static Singleton getSingleton(){ 
            return Holder.singleton; 
        }
    }
    

    但是,上面提到的所有实现方式都有两个共同的缺点:
    都需要额外的工作(Serializable、transient、readResolve())来实现序列化,否则每次反序列化一 个序列化的对象实例时都会创建一个新的实例。
    可能会有人使用反射强行调用我们的私有构造器(如果要避免这种情况,可以修改构造器,让它在 创建第二个实例的时候抛异常)。

    登记式:

    登记式单例实际上维护了一组单例类的实例,将这些实例存放在一个 Map (登记薄)中,对于已经登记
    过的实例,则从 Map 直接返回,对于没有登记的,则先登记,然后返回。

    public class Singleton { 
        private static Map<String, Singleton> map = new HashMap<String, Singleton> (); 
        static { 
            Singleton single = new Singleton(); 
            map.put(single.getClass().getName(), single); 
        }
        // 保护的默认构造子 protected Singleton() { }
        // 静态工厂方法,返还此类惟一的实例 
        public static Singleton getInstance(String name) { 
            if (name == null) { 
                name = Singleton.class.getName(); 
                System.out.println("name == null" + "--->name=" + name); 
            }
            if (map.get(name) == null) { 
                try {
                    map.put(name, (Singleton) Class.forName(name).newInstance());
                } catch (InstantiationException e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } catch (IllegalAccessException e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } catch (ClassNotFoundException e) { 
                    e.printStackTrace(); 
                } 
            }
            return map.get(name);
        }
    }
    

    它用的比较少,另外其实内部实现还是用的饿汉式单例,因为其中的 static 方法块,它的单例在类被装
    载的时候就被实例化了。

    枚举写法:

    当然,还有一种更加优雅的方法来实现单例模式,那就是枚举写法

    public enum Singleton { 
        INSTANCE; 
        private String name; 
        public String getName(){ return name; }
        public void setName(String name){ this.name = name; }
    }
    

    使用枚举除了线程安全和防止反射强行调用构造器之外,还提供了自动序列化机制,防止反序列化
    的时候创建新的对象。因此推荐尽可能地使用枚举来实现单例。
    最后,不管采取何种方案,请时刻牢记单例的三大要点:
    线程安全
    延迟加载
    序列化与反序列化安全

    最后

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