確保物件的唯一性——單例模式 （三）
3.4 餓漢式單例與懶漢式單例的討論
Sunny公司開發人員使用單例模式實現了負載均衡器的設計，但是在實際使用中出現了一個非常嚴重的問題，當負載均衡器在啟動過程中使用者再次啟動該負載均衡器時，系統無任何異常，但當客戶端提交請求時出現請求分發失敗，通過仔細分析發現原來系統中還是存在多個負載均衡器物件，導致分發時目標伺服器不一致，從而產生衝突。為什麼會這樣呢？Sunny公司開發人員百思不得其解。
現在我們對負載均衡器的實現程式碼進行再次分析，當第一次呼叫getLoadBalancer()方法建立並啟動負載均衡器時，instance物件為null值，因此係統將執行程式碼instance= new LoadBalancer()
如何解決該問題？我們至少有兩種解決方案，在正式介紹這兩種解決方案之前，先介紹一下單例類的兩種不同實現方式，餓漢式單例類和懶漢式單例類。
1.餓漢式單例類
餓漢式單例類是實現起來最簡單的單例類，餓漢式單例類結構圖如圖3-4所示：
當類被載入時，靜態變數instance會被初始化，此時類的私有建構函式會被呼叫，單例類的唯一例項將被建立。如果使用餓漢式單例來實現負載均衡器LoadBalancer類的設計，則不會出現建立多個單例物件的情況，可確保單例物件的唯一性。class EagerSingleton { private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton(); private EagerSingleton() { } public static EagerSingleton getInstance() { return instance; } }
2.懶漢式單例類與執行緒鎖定
除了餓漢式單例，還有一種經典的懶漢式單例，也就是前面的負載均衡器LoadBalancer類的實現方式。懶漢式單例類結構圖如圖3-5所示：
class LazySingleton {
private static LazySingleton instance = null;
private LazySingleton() { }
synchronized public static LazySingleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new LazySingleton();
}
return instance;
}
}public static LazySingleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (LazySingleton.class) {
instance = new LazySingleton();
}
}
return instance;
}假如在某一瞬間執行緒A和執行緒B都在呼叫getInstance()方法，此時instance物件為null值，均能通過instance == null的判斷。由於實現了synchronized加鎖機制，執行緒A進入synchronized鎖定的程式碼中執行例項建立程式碼，執行緒B處於排隊等待狀態，必須等待執行緒A執行完畢後才可以進入synchronized鎖定程式碼。但當A執行完畢時，執行緒B並不知道例項已經建立，將繼續建立新的例項，導致產生多個單例物件，違背單例模式的設計思想，因此需要進行進一步改進，在synchronized中再進行一次(instance == null)判斷，這種方式稱為雙重檢查鎖定(Double-Check Locking)。使用雙重檢查鎖定實現的懶漢式單例類完整程式碼如下所示：
class LazySingleton {
private volatile static LazySingleton instance = null;
private LazySingleton() { }
public static LazySingleton getInstance() {
//第一重判斷
if (instance == null) {
//鎖定程式碼塊
synchronized (LazySingleton.class) {
//第二重判斷
if (instance == null) {
instance = new LazySingleton(); //建立單例例項
}
}
}
return instance;
}
}需要注意的是，如果使用雙重檢查鎖定來實現懶漢式單例類，需要在靜態成員變數instance之前增加修飾符volatile，被volatile修飾的成員變數可以確保多個執行緒都能夠正確處理，且該程式碼只能在JDK 1.5及以上版本中才能正確執行。由於volatile關鍵字會遮蔽Java虛擬機器所做的一些程式碼優化，可能會導致系統執行效率降低，因此即使使用雙重檢查鎖定來實現單例模式也不是一種完美的實現方式。
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3.餓漢式單例類與懶漢式單例類比較
餓漢式單例類在類被載入時就將自己例項化，它的優點在於無須考慮多執行緒訪問問題，可以確保例項的唯一性；從呼叫速度和反應時間角度來講，由於單例物件一開始就得以建立，因此要優於懶漢式單例。但是無論系統在執行時是否需要使用該單例物件，由於在類載入時該物件就需要建立，因此從資源利用效率角度來講，餓漢式單例不及懶漢式單例，而且在系統載入時由於需要建立餓漢式單例物件，載入時間可能會比較長。
懶漢式單例類在第一次使用時建立，無須一直佔用系統資源，實現了延遲載入，但是必須處理好多個執行緒同時訪問的問題，特別是當單例類作為資源控制器，在例項化時必然涉及資源初始化，而資源初始化很有可能耗費大量時間，這意味著出現多執行緒同時首次引用此類的機率變得較大，需要通過雙重檢查鎖定等機制進行控制，這將導致系統性能受到一定影響。