JAVA设计模式之单例模式

    xiaoxiao2021-03-25  43

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    单例模式实现 饿汉式懒汉式 实现一非线程安全版本实现二线程安全版本实现三错误版本解决方法实现四兼顾效率与线程安全的版本

    单例模式

    单例模式在程序设计中使用的频率非常之高,其设计的目的是为了在程序中提供唯一一个对象(保证只被构造一次),例如写入日志的log对象,windows的任务管理器实现(只能打开一个)。这里主要介绍单例模式使用Java的实现(包括饿汉式及懒汉式)。

    实现

    这里使用Log类作为例子,Log对象需要在程序中只有一个对象且只初始化一次。

    饿汉式

    饿汉式的单例模式理解起来是比较容易的,就是在单例类加载的时候就初始化需要单例的对象。实现也比较容易。

    public class Singleton{ private static Log logObj = new Log(); public static Log getInstance(){ return logObj; } } 12345678 12345678

    懒汉式

    如果logObj需要占用很大的内存,如果一开始就初始化logObj,那么会占用大量的内存。此时,有人就想,如果我在想用的时候再初始化Log类的对象,像懒汉一样,只有用到的时候再初始化,需要怎么设计呢?

    实现一(非线程安全版本)

    public class Singleton{ private static Log logObj = null; public static Log getInstance(){ if(logObj == null){ logObj = new Log(); } return logObj; } } 1234567891011 1234567891011

    实现二(线程安全版本)

    public class Singleton{ private static Log logObj = null; public static synchronized Log getInstance(){ if(logObj == null){ logObj = new Log(); } return logObj; } } 1234567891011 1234567891011

    为了实现线程安全,这个版本的实现牺牲了一定的效率,如果logObj已经初始化,那么其他线程还需要同步的进入getInstance方法,会造成效率的损失。于是,有些人实现了下面的版本。

    实现三(错误版本)

    public class Singleton{ private static Log logObj = null; public static Log getInstance(){ if(logObj == null){ synchronized(Singleton.class){ if(logObj == null){ logObj = new Log(); } } } return logObj; } } 123456789101112131415 123456789101112131415

    乍看起来上面的版本是没问题的,如果某个线程A发现logObj 还没初始化,那么就进入同步块初始化logObj,如果在这期间有其他线程B进入,那么线程B就会等待进入同步块,等待A 线程退出同步块,logObj 已经初始化了,B 线程进入同步块后发现logObj 不为null,退出同步块,不再初始化logObj 。 这样既实现了线程安全,又兼顾了效率,确实是很聪明的编码方式。但是问题来了,由于指令重排序的存在,会导致Log在完全初始化之前logObj就已经不为null。这样其他线程可能会得到未完全初始化的对象。

    解决方法

    JDK1.5版本后扩展了volitile语义,可以保证上述代码的正确性,为此只要将logObj 声明为volitile即可(volitile之前只是保证内存的可见性而已)。

    使用静态内部类。

    加载一个类时,其内部类不会同时被加载。一个类被加载,当且仅当其某个静态成员(静态域、构造器、静态方法等)被调用时发生。

    并且jvm会保证类加载的线程安全问题,所以利用这个特性可以写出兼顾效率与保证线程安全的版本。

    实现四(兼顾效率与线程安全的版本)

    public class Singleton{ static class LogHolder{ static Log logObj = new Log(); } public static Log getInstance(){ return LogHolder.logObj; } } 12345678910 12345678910

    这样在Singleton类加载时,并不会加载LogHolder,也就不会初始化Log,如果有线程访问getInstance方法,那么jvm会首先加载LogHolder类,并保证初始化logObj,最后返回logObj。

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