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Java公開課-06.單例

線程 單例類 容易 又是 成功 log 餓漢模式 loaded 實現

一. 什麽是單例模式

因程序需要,有時我們只需要某個類同時保留一個對象,不希望有更多對象,此時,我們則應考慮單例模式的設計。

二. 單例模式的特點

1. 單例模式只能有一個實例。

2. 單例類必須創建自己的唯一實例。

3. 單例類必須向其他對象提供這一實例。

三. 單例模式VS靜態類

在知道了什麽是單例模式後,我想你一定會想到靜態類,“既然只使用一個對象,為何不幹脆使用靜態類?”,這裏我會將單例模式和靜態類進行一個比較。

1. 單例可以繼承和被繼承,方法可以被override,而靜態方法不可以。

2. 靜態方法中產生的對象會在執行後被釋放,進而被GC清理,不會一直存在於內存中。

3. 靜態類會在第一次運行時初始化,單例模式可以有其他的選擇,即可以延遲加載。

4. 基於2, 3條,由於單例對象往往存在於DAO層(例如sessionFactory),如果反復的初始化和釋放,則會占用很多資源,而使用單例模式將其常駐於內存可以更加節約資源。

5. 靜態方法有更高的訪問效率。

6. 單例模式很容易被測試。

幾個關於靜態類的誤解:

誤解一:靜態方法常駐內存而實例方法不是。

實際上,特殊編寫的實例方法可以常駐內存,而靜態方法需要不斷初始化和釋放。

誤解二:靜態方法在堆(heap)上,實例方法在棧(stack)上。

實際上,都是加載到特殊的不可寫的代碼內存區域中。

靜態類和單例模式情景的選擇:

情景一:不需要維持任何狀態,僅僅用於全局訪問,此時更適合使用靜態類。

情景二:需要維持一些特定的狀態,此時更適合使用單例模式。

四. 單例模式的實現

1. 懶漢模式

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public class SingletonDemo {
    private static SingletonDemo instance;
    private SingletonDemo(){

    }
    public static SingletonDemo getInstance(){
        if(instance==null){
            instance=new SingletonDemo();
        }
        return instance;
    }
}
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如上,通過提供一個靜態的對象instance,利用private權限的構造方法和getInstance()方法來給予訪問者一個單例。

缺點是,沒有考慮到線程安全,可能存在多個訪問者同時訪問,並同時構造了多個對象的問題。之所以叫做懶漢模式,主要是因為此種方法可以非常明顯的lazy loading。

針對懶漢模式線程不安全的問題,我們自然想到了,在getInstance()方法前加鎖,於是就有了第二種實現。

2. 線程安全的懶漢模式

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public class SingletonDemo {
    private static SingletonDemo instance;
    private SingletonDemo(){

    }
    public static synchronized SingletonDemo getInstance(){
        if(instance==null){
            instance=new SingletonDemo();
        }
        return instance;
    }
}
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然而並發其實是一種特殊情況,大多時候這個鎖占用的額外資源都浪費了,這種打補丁方式寫出來的結構效率很低。

3. 餓漢模式

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public class SingletonDemo {
    private static SingletonDemo instance=new SingletonDemo();
    private SingletonDemo(){

    }
    public static SingletonDemo getInstance(){
        return instance;
    }
}
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直接在運行這個類的時候進行一次loading,之後直接訪問。顯然,這種方法沒有起到lazy loading的效果,考慮到前面提到的和靜態類的對比,這種方法只比靜態類多了一個內存常駐而已。

4. 靜態類內部加載

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public class SingletonDemo {
    private static class SingletonHolder{
        private static SingletonDemo instance=new SingletonDemo();
    }
    private SingletonDemo(){
        System.out.println("Singleton has loaded");
    }
    public static SingletonDemo getInstance(){
        return SingletonHolder.instance;
    }
}
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使用內部類的好處是,靜態內部類不會在單例加載時就加載,而是在調用getInstance()方法時才進行加載,達到了類似懶漢模式的效果,而這種方法又是線程安全的。

5. 枚舉方法

enum SingletonDemo{
    INSTANCE;
    public void otherMethods(){
        System.out.println("Something");
    }
}

Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式,在我看來簡直是來自神的寫法。解決了以下三個問題:

(1)自由序列化。

(2)保證只有一個實例。

(3)線程安全。

如果我們想調用它的方法時,僅需要以下操作:

public class Hello {
    public static void main(String[] args){
        SingletonDemo.INSTANCE.otherMethods();
    }
}

這種充滿美感的代碼真的已經終結了其他一切實現方法了。

6. 雙重校驗鎖法

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public class SingletonDemo {
    private volatile static SingletonDemo instance;
    private SingletonDemo(){
        System.out.println("Singleton has loaded");
    }
    public static SingletonDemo getInstance(){
        if(instance==null){
            synchronized (SingletonDemo.class){
                if(instance==null){
                    instance=new SingletonDemo();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}
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接下來我解釋一下在並發時,雙重校驗鎖法會有怎樣的情景:

STEP 1. 線程A訪問getInstance()方法,因為單例還沒有實例化,所以進入了鎖定塊。

STEP 2. 線程B訪問getInstance()方法,因為單例還沒有實例化,得以訪問接下來代碼塊,而接下來代碼塊已經被線程1鎖定。

STEP 3. 線程A進入下一判斷,因為單例還沒有實例化,所以進行單例實例化,成功實例化後退出代碼塊,解除鎖定。

STEP 4. 線程B進入接下來代碼塊,鎖定線程,進入下一判斷,因為已經實例化,退出代碼塊,解除鎖定。

STEP 5. 線程A獲取到了單例實例並返回,線程B沒有獲取到單例並返回Null。

理論上雙重校驗鎖法是線程安全的,並且,這種方法實現了lazyloading。

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