杨充
02.创建型:单例设计模式2
原创
关注作者
前往小程序,Get
更优
阅读体验!
立即前往
腾讯云
开发者社区
文档
建议反馈
控制台
登录/注册
首页
学习
活动
专区
工具
TVP
最新优惠活动
文章/答案/技术大牛
搜索
搜索
关闭
发布
首页
学习
活动
专区
工具
TVP
最新优惠活动
返回腾讯云官网
杨充
首页
学习
活动
专区
工具
TVP
最新优惠活动
返回腾讯云官网
社区首页
>
专栏
>
02.创建型:单例设计模式2
02.创建型:单例设计模式2
原创
杨充
关注
发布于 2022-09-08 19:28:02
260
0
发布于 2022-09-08 19:28:02
举报
文章被收录于专栏:
lib库
创建型:单例设计模式2
目录介绍
01.如何实现一个单例
02.饿汉式实现方式
03.懒汉式实现方式
04.双重DCL校验模式
05.静态内部类方式
06.枚举方式单例
07.容器实现单例模式
01.如何实现一个单例
介绍如何实现一个单例模式的文章已经有很多了,但为了保证内容的完整性,这里还是简单介绍一下几种经典实现方式。概括起来,要实现一个单例,我们需要关注的点无外乎下面几个:
构造函数需要是 private 访问权限的,这样才能避免外部通过 new 创建实例;
考虑对象创建时的线程安全问题;
考虑是否支持延迟加载;
考虑 getInstance() 性能是否高(是否加锁)。
02.饿汉式实现方式
饿汉式的实现方式比较简单。在类加载的时候,instance 静态实例就已经创建并初始化好了,所以,instance 实例的创建过程是线程安全的。不过,这样的实现方式不支持延迟加载,从名字中我们也可以看出这一点。具体的代码实现如下所示://饿汉式单例类.在类初始化时,已经自行实例化 public class Singleton { //static修饰的静态变量在内存中一旦创建,便永久存在 private static Singleton instance = new Singleton(); private Singleton (){} public static Singleton getInstance() { return instance; } }
代码分析
饿汉式在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用,以后不再改变,所以天生是线程安全的。其中 instance = new Singleton()可以写成:static { instance = new Singleton(); }
有人觉得这种实现方式不好
因为不支持延迟加载,如果实例占用资源多(比如占用内存多)或初始化耗时长(比如需要加载各种配置文件),提前初始化实例是一种浪费资源的行为。最好的方法应该在用到的时候再去初始化。
不过,我个人并不认同这样的观点。如果初始化耗时长,那我们最好不要等到真正要用它的时候,才去执行这个耗时长的初始化过程,这会影响到系统的性能(比如,在响应客户端接口请求的时候,做这个初始化操作,会导致此请求的响应时间变长,甚至超时)。采用饿汉式实现方式,将耗时的初始化操作,提前到程序启动的时候完成,这样就能避免在程序运行的时候,再去初始化导致的性能问题。
如果实例占用资源多,按照 fail-fast 的设计原则(有问题及早暴露),那我们也希望在程序启动时就将这个实例初始化好。如果资源不够,就会在程序启动的时候触发报错(比如 Java 中的 PermGen Space OOM),我们可以立即去修复。这样也能避免在程序运行一段时间后,突然因为初始化这个实例占用资源过多,导致系统崩溃,影响系统的可用性。
03.懒汉式实现方式
有饿汉式,对应地,就有懒汉式。懒汉式相对于饿汉式的优势是支持延迟加载。具体的代码实现如下所示://懒汉式单例类.在第一次调用的时候实例化自己 public class Singleton { //私有的构造函数 private Singleton() {} //私有的静态变量 private static Singleton single=null; //暴露的公有静态方法 public static Singleton getInstance() { if (single == null) { single = new Singleton(); } return single; } }
代码分析
懒汉式(线程不安全)的单例模式分为三个部分:私有的构造方法,私有的全局静态变量,公有的静态方法。
起到重要作用的是静态修饰符static关键字,我们知道在程序中,任何变量或者代码都是在编译时由系统自动分配内存来存储的,而所谓静态就是指在编译后所分配的内存会一直存在,直到程序退出内存才会释放这个空间,因此也就保证了单例类的实例一旦创建,便不会被系统回收,除非手动设置为null。
优缺点
优点:延迟加载(需要的时候才去加载)
缺点:线程不安全,在多线程中很容易出现不同步的情况,如在数据库对象进行的频繁读写操作时。
上面这个可以看到是线程不安全的,其实还可以演变一下:public class Singleton { //私有的静态变量 private static Singleton instance; //私有的构造方法 private Singleton (){}; //公有的同步静态方法 public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } }
代码分析
这种单例实现方式的getInstance()方法中添加了synchronized 关键字,也就是告诉Java(JVM)getInstance是一个同步方法。
同步的意思是当两个并发线程访问同一个类中的这个synchronized同步方法时,一个时间内只能有一个线程得到执行,另一个线程必须等待当前线程执行完才能执行,因此同步方法使得线程安全,保证了单例只有唯一个实例。
优缺点
优点:解决了线程不安全的问题。
缺点:效率有点低,每次调用实例都要判断同步锁,它的缺点在于每次调用getInstance()都进行同步,造成了不必要的同步开销。这种模式一般不建议使用。
不过懒汉式的缺点也很明显
给 getInstance() 这个方法加了一把大锁(synchronzed),导致这个函数的并发度很低。量化一下的话,并发度是 1,也就相当于串行操作了。而这个函数是在单例使用期间,一直会被调用。如果这个单例类偶尔会被用到,那这种实现方式还可以接受。但是,如果频繁地用到,那频繁加锁、释放锁及并发度低等问题,会导致性能瓶颈,这种实现方式就不可取了。
04.双重DCL校验模式
饿汉式不支持延迟加载,懒汉式有性能问题,不支持高并发。那我们再来看一种既支持延迟加载、又支持高并发的单例实现方式,也就是双重检测实现方式。
在这种实现方式中,只要 instance 被创建之后,即便再调用 getInstance() 函数也不会再进入到加锁逻辑中了。所以,这种实现方式解决了懒汉式并发度低的问题。具体的代码实现如下所示:public class Singleton { private static Singleton singleton; //静态变量 private Singleton (){} //私有构造函数 public static Singleton getInstance() { if (singleton == null) { //第一层校验 synchronized (Singleton.class) { if (singleton == null) { //第二层校验 singleton = new Singleton(); } } } return singleton; } }
代码分析
这种模式的亮点在于getInstance()方法上,其中对singleton 进行了两次判断是否空,第一层判断是为了避免不必要的同步,第二层的判断是为了在null的情况下才创建实例。
优缺点
优点:在并发量不多,安全性不高的情况下或许能很完美运行单例模式
缺点:不同平台编译过程中可能会存在严重安全隐患。
模拟分析
假设线程A执行到了singleton = new Singleton(); 语句,这里看起来是一句代码,但是它并不是一个原子操作,这句代码最终会被编译成多条汇编指令,它大致会做三件事情:
(a)给Singleton的实例分配内存
(b)调用Singleton()的构造函数,初始化成员字段;
(c)将singleton对象指向分配的内存空间(即singleton不为空了);
但是由于Java编译器允许处理器乱序执行,以及在jdk1.5之前,JMM(Java Memory Model:java内存模型)中Cache、寄存器、到主内存的回写顺序规定,上面的步骤b 步骤c的执行顺序是不保证了。也就是说执行顺序可能是a-b-c,也可能是a-c-b,如果是后者的指向顺序,并且恰恰在c执行完毕,b尚未执行时,被切换到线程B中,这时候因为singleton在线程A中执行了步骤c了,已经非空了,所以,线程B直接就取走了singleton,再使用时就会出错。这就是DCL失效问题。
但是在JDK1.5之后,官方给出了volatile关键字,将singleton定义的代码改成:private volatile static Singleton singleton; //使用volatile 关键字
网上有人说,这种实现方式有些问题。
因为指令重排序,可能会导致 singleton 对象被 new 出来,并且赋值给 instance 之后,还没来得及初始化(执行构造函数中的代码逻辑),就被另一个线程使用了。要解决这个问题,我们需要给 instance 成员变量加上 volatile 关键字,禁止指令重排序才行。实际上,只有很低版本的 Java 才会有这个问题。我们现在用的高版本的 Java 已经在 JDK 内部实现中解决了这个问题(解决的方法很简单,只要把对象 new 操作和初始化操作设计为原子操作,就自然能禁止重排序)。
05.静态内部类方式
再来看一种比双重检测更加简单的实现方法,那就是利用 Java 的静态内部类。它有点类似饿汉式,但又能做到了延迟加载。public class Singleton { private Singleton (){} ;//私有的构造函数 public static final Singleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; } //定义的静态内部类 private static class SingletonHolder { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); //创建实例的地方 } }
优缺点
优点:延迟加载,线程安全(java中class加载时互斥的),也减少了内存消耗
代码分析
当第一次加载Singleton 类的时候并不会初始化INSTANCE ,只有第一次调用Singleton 的getInstance()方法时才会导致INSTANCE 被初始化。
因此,第一次调用getInstance()方法会导致虚拟机加载SingletonHolder 类,这种方式不仅能够确保单例对象的唯一性,同时也延迟了单例的实例化。
06.枚举方式单例
介绍一种最简单的实现方式,基于枚举类型的单例实现。这种实现方式通过 Java 枚举类型本身的特性,保证了实例创建的线程安全性和实例的唯一性。具体的代码如下所示:public enum Singleton { //enum枚举类 INSTANCE; public void whateverMethod() {
代码语言:
txt
复制
}
代码语言:
txt
复制
}
代码语言:
txt
复制
```
代码分析
枚举单例模式最大的优点就是写法简单,枚举在java中与普通的类是一样的,不仅能够有字段,还能够有自己的方法,最重要的是默认枚举实例是线程安全的,并且在任何情况下,它都是一个单例。即使是在反序列化的过程,枚举单例也不会重新生成新的实例。而其他几种方式,必须加入如下方法:才能保证反序列化时不会生成新的对象。private Object readResolve() throws ObjectStreamException{ return INSTANCE; }
07.容器实现单例模式
这一种比较少见,直接上代码,如下所示:public class SingletonManager { private static Map<String, Object> objMap = new HashMap<String,Object>();//使用HashMap作为缓存容器 private Singleton() { } public static void registerService(String key, Object instance) { if (!objMap.containsKey(key) ) { objMap.put(key, instance) ;//第一次是存入Map } } public static ObjectgetService(String key) { return objMap.get(key) ;//返回与key相对应的对象 } }
代码分析
在程序的初始,将多种单例模式注入到一个统一的管理类中,在使用时根据key获取对应类型的对象。
5.单例模式总结
总结:不管以哪种形式实现单例模式,它们的核心原理是将构造函数私有化,并且通过静态公有方法获取一个唯一的实例,在这个获取的过程中必须保证线程的安全,同时也要防止反序列化导致重新生成实例对象。
一般来说,单例模式有五种写法:懒汉、饿汉、双重检验锁、静态内部类、枚举。上述所说都是线程安全的实现,上文中第一种方式线程不安全,排除。
综合考虑:
推荐使用4.4 DCL双重校验模式,4.5 静态内部类单例模式等等
一般情况下直接使用饿汉式就好了,如果明确要求要懒加载(lazy initialization)倾向于使用静态内部类。如果涉及到反序列化创建对象时会试着使用枚举的方式来实现单例。
单例对象如果持有Context,那么很容易引发内存泄漏,此时要注意传递给单例对象的Context最好是Application Context
更多内容
GitHub:
https://github.com/yangchong211
博客:
https://juejin.cn/user/1978776659695784
博客汇总:
https://github.com/yangchong211/YCBlogs
原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。
如有侵权,请联系
cloudcommunity@tencent.com
删除。
c++
面向对象编程
编程算法
java
原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。
如有侵权,请联系
cloudcommunity@tencent.com
删除。
c++
面向对象编程
编程算法
java
评论
登录
后参与评论
0 条评论
热度
最新
推荐阅读
LV.
文章
0
获赞
0
目录
创建型:单例设计模式2
01.如何实现一个单例
02.饿汉式实现方式
03.懒汉式实现方式
04.双重DCL校验模式
05.静态内部类方式
06.枚举方式单例
07.容器实现单例模式
5.单例模式总结
更多内容
相关产品与服务
腾讯云代码分析
腾讯云代码分析(内部代号CodeDog)是集众多代码分析工具的云原生、分布式、高性能的代码综合分析跟踪管理平台,其主要功能是持续跟踪分析代码,观测项目代码质量,支撑团队传承代码文化。
产品介绍
产品文档
精选特惠 用云无忧
领券
问题归档
专栏文章
快讯文章归档
关键词归档
开发者手册归档
开发者手册 Section 归档
0
0
0
推荐