java單例模式

趙彥軍521發表於2017-05-16
Java單例模式

前言：昨天公司計劃把專案中的部分功能做出SDK的形式，供其他公司的產品使用，所以不得不重新研究一下單例模式。

 

為什麼單例

1、在記憶體中只有一個物件，節省記憶體空間。避免頻繁的建立銷燬物件，可以提高效能。避免對共享資源的多重佔用。可以全域性訪問。

2、確保一個類只有一個例項，自行例項化並向系統提供這個例項

 

單例需要注意的問題

1、執行緒安全問題

2、資源使用問題

 

實際上本文就是在討論這兩個問題 

 

1、方式1 （餓漢式）

package com;

public class Singleton {

	private static Singleton instance = new Singleton() ;


	private Singleton(){

	}

	public static Singleton getInstance() {  
		return  instance ;  
	}  

}

　　優點：在未呼叫getInstance() 之前，例項就已經建立了，天生執行緒安全

      缺點：如果一直沒有呼叫getInstance() , 但是已經建立了例項，造成了資源浪費。

 

2、方式1 （懶漢式）

package com;

public class Person {
	private static Person person ;

	private Person(){
		
	}
	
	public static Person get(){
		if ( person == null ) {
			person = new Person() ;
		}
		return person ;
	}

}

優點：get() 方法被呼叫的時候，才建立例項，節省資源。

缺點：執行緒不安全。

　　這種模式，可以做到單例模式，但是隻是在單執行緒中是單例的，如果在多執行緒中操作，可能出現多個例項。

     測試：啟動20個執行緒，然後線上程中列印 Person 例項的記憶體地址

package com;

public class A1  {
	
	public static void main(String[] args) {
		
		for ( int i = 0 ;  i < 20 ; i ++ ) {
			new Thread( new Runnable() {
				
				@Override
				public void run() {
					System.out.println( Person.get().hashCode() );
				}
			}).start(); ;
			
		}
		
	}
}

　　結果：可以看到出現了兩個例項

    造成的原因：

執行緒A希望使用Person，呼叫get()方法。因為是第一次呼叫，A就發現 person 是null的，於是它開始建立例項，就在這個時候，CPU發生時間片切換，執行緒B開始執行，它要使用 Person ，呼叫get()方法，同樣檢測到 person 是null——注意，這是在A檢測完之後切換的，也就是說A並沒有來得及建立物件——因此B開始建立。B建立完成後，切換到A繼續執行，因為它已經檢測完了，所以A不會再檢測一遍，它會直接建立物件。這樣，執行緒A和B各自擁有一個 Person 的物件——單例失敗！

總結：1、可以實現單執行緒單例 

        2、多線單例無法保證

改進：1、加鎖

 

3、 用synchronized  加鎖同步

package com;

public class Person {
	private static Person person ;

	private Person(){

	}

	public synchronized static Person get(){
		if ( person == null ) {
			person = new Person() ;
		}
		return person ;
	}



}

　　經過測試，已經可以滿足多執行緒的安全問題了，synchronized修飾的同步塊可是要比一般的程式碼段慢上幾倍的！如果存在很多次get()的呼叫，那效能問題就不得不考慮了！

優點：

1、滿足單執行緒的單例

2、滿足多執行緒的單例

缺點：

1、效能差

 

4、改進效能  雙重校驗

package com;

public class Person {
	private static Person person ;

	private Person(){
	}

	public synchronized static Person get(){
		if ( person == null ) {
			synchronized ( Person.class ){
				if (person == null) { 
					person = new Person(); 
				} 
			}
		}
		return person ;
	}

}

　　首先判斷person 是不是為null，如果為null，加鎖初始化；如果不為null，直接返回 person 。整個設計，進行了雙重校驗。

優點：

1、滿足單執行緒單例

2、滿足多執行緒單例

3、效能問題得以優化

 

缺點：第一次載入時反應不快，由於java記憶體模型一些原因偶爾失敗

 

5、volatile 關鍵字，解決雙重校驗帶來的弊端

package com;

public class Person {

	private static volatile Person person = null ;


	private Person(){

	}

	public static Person getInstance(){
		if ( person == null ) {
			synchronized ( Person.class ){
				if ( person == null ) {
					person = new Person() ;
				}
			}
		}

		return person ;
	}

}

　　假設沒有關鍵字volatile的情況下，兩個執行緒A、B，都是第一次呼叫該單例方法，執行緒A先執行 person = new Person()，該構造方法是一個非原子操作，編譯後生成多條位元組碼指令，由於JAVA的指令重排序，可能會先執行 person 的賦值操作，該操作實際只是在記憶體中開闢一片儲存物件的區域後直接返回記憶體的引用，之後 person 便不為空了，但是實際的初始化操作卻還沒有執行，如果就在此時執行緒B進入，就會看到一個不為空的但是不完整 （沒有完成初始化）的 Person物件，所以需要加入volatile關鍵字，禁止指令重排序優化，從而安全的實現單例。

     補充：看了圖片載入框架 Glide (3.7.0版) 原始碼，發現glide 也是使用volatile 關鍵字的雙重校驗實現的單例，可見這種方法是值得信賴的。

  

6、靜態內部類

package com;

public class Person {

	private Person(){

	}

	private static class PersonHolder{
		/**
		 * 靜態初始化器，由JVM來保證執行緒安全
		 */
		private static Person instance = new Person();
	}


	public static Person getInstance() {
		return PersonHolder.instance;
	}

}

　　優點：

1、資源利用率高，不執行getInstance()不被例項，可以執行該類其他靜態方法

 

7、列舉類實現單例

package com;

public enum Singleton {
	INSTANCE ;

	public void show(){
		// Do you need to do things 
	}
}

　　使用

獲取例項物件：Singleton.INSTANCE

呼叫其他方法：Singleton.INSTANCE.show();

     測試

package com;

public class A1  {
	
	public static void main(String[] args) {
		
		for ( int i = 0 ;  i < 20 ; i ++ ) {
			new Thread( new Runnable() {
				
				@Override
				public void run() {
					System.out.println( Singleton.INSTANCE.hashCode() ) ;
				}
			}).start(); ;
			
		}
	}
}

      結果：

　　

 

   可以看到用20個執行緒去訪問物件的記憶體地址， 記憶體地址都是一樣的，保證了執行緒的安全性。

 

 

總結：

1、上面的7中方法，都實現了某種程度的單例，各有利弊，根據使用的場景不同，需要滿足的特性不同，選取合適的單例方法才是正道。

2、對執行緒要求嚴格，對資源要求不嚴格的推薦使用：1    餓漢式

3、對執行緒要求不嚴格，對資源要求嚴格的推薦使用：2    懶漢式

4、對執行緒要求稍微嚴格，對資源要求嚴格的推薦使用：4  雙重加鎖

5、同時對執行緒、資源要求非常嚴格的推薦使用：5 、 6 

 

 


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