通常Java实现单例模式有很多种方式,大致可分为懒汉模式
和饿汉模式
,其主要区别是实例延迟加载的问题,当然单例模式往往也关注其他问题,如:线程安全等。下面试图来总结单例模式的这些注意点。
代码地址:GitHub
饿汉模式
public class Singleton {
private Singleton(){}
private static Singleton instance = new Singleton();
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
饿汉模式在类加载时候就实例化对象,使用时直接调用getInstance()
方法。这个模式下,是线程安全的,在多线程并发模式下不会重复实例化对象。
缺点:对象过早的实例化,浪费系统资源。
懒汉模式
public class Singleton {
private Singleton(){}
private static Singleton instance = null;
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
这种模式下在类加载时候并没有实例化对象,而是在调用getInstance()
方法。之所以使用懒汉模式,是为了避免多早的实例化对象,从而浪费系统资源。
缺点:仅适用于单线程,线程不安全。
改进1 - 引入synchronized
public class Singleton {
private Singleton(){}
private static Singleton instance = null;
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
之所以引入synchronized
修饰getInstance()
方法,是为了解决线程不安全的问题。利用多线程同步机制,让原先的线程不安全回归到线程安全。但引入synchronized
会因为线程阻塞、切换会带一些不必要的开销,从而降低系统性能。
改进2 - 双重检查锁定
public class Singleton {
private Singleton(){}
private static volatile Singleton instance = null;
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) { // A
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) { // B
instance = new Singleton(); // C
}
}
}
return instance;
}
}
对比改进1中,可以看到synchronized
不再修饰一个方法,而是缩减到修改代码块,因为加锁同步的话,范围越小,性能影响最小。
这里可以注意到修饰变量instance
的关键字增加了volatile
。这里volatile
主要作用是提供内存屏障,禁止指令重排序。
现有t1、t2两个线程同时访问
getInstance()
,假设t1、t2都执行到A处。由于有同步锁,只能有个1个线程获得锁,假如t1拥有该同步锁,t1执行到C处instace = new Singleton()
。将会做如下3步骤:
1.分配内存空间
2.初始化
3.将instance指向分配内存空间
正常的执行顺序应为:1->2->3。执行第3步时,这时候的instance
就不再是null了。但由于指令重排序的存在,执行顺序有可能变化为:1->3->2。当执行3的时候,instance
就不再是null,但初始化工作有可能还没有做完。这时候如果t2获取锁执行的话,就会直接获取有可能还没有初始化完成的instance
。这样使用instance
会引起程序报错。当然这也是极端情况下,我尝试几次无法捕捉重现,但并不意味着问题不存在。volatile
当然还是要加的。
A处if
判断作用主要是防止过多是线程执行同步代码块;如果是单例模式的话,这里同步代码块只会被执行一次。B处if
判断作用主要是防止多线程作用下重复实例化,保证线程安全。这也被称为:双重检查锁定。
双重检查锁定属于一种兼顾线程安全和性能的实现。
改进3 - 静态内部类
public class Singleton {
private Singleton(){}
private static class Holder {
public static Singleton instance = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance() {
return Holder.instance; // 执行Holder的初始化工作
}
}
使用静态内部类也是懒汉模式的一种实现,当调用ggetInstance()
才会触发加载静态内部类,从而初始化获取instance
实例。利用静态内部类的加载机制来保证线程安全。
枚举方式
public enum Singleton {
INSTANCE;
Singleton(){}
public Singleton getInstance() {
return INSTANCE;
}
}
用枚举方式实现单例模式,是目前比较推荐的。枚举方式的好处是:1、线程安全;2、防止反射出现多个实例;3、防止反序列化出现多个实例。
以上是关于java单例模式的一些总结,如有纰漏,还请指出。
代码地址:GitHub