设计模式 | 单件模式

单件模式

确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点

单件模式的好处

​ 我们可以延迟实例化这个类，只在需要的时候实例化,这样可以避免全局变量的缺点：假设这个对象需要占用的多的资源，在程序一开始便实例化，但这一次程序的执行并没有用到这个对象，会造成资源的浪费以及性能的损耗。

单件模式常用场景

​ 处理缓存、线程池、注册表、程序设置、驱动程序、日志对象等的对象，在这些场景如果没有限制对象只能实例化一次，那么多次实例化的结果导致程序异常、资源使用过量，或者是不一致的结果。

实现单件模式

Python实现

class SingleTon:
    _instance = None

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls._instance:
            cls._instance = super(SingleTon, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)
        return cls._instance

Java实现

public class Singleton {
    private static Singleton Instance;

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance() {
        if (Instance == null) {
            Instance = new Singleton();
        }
        return Instance;
    }
}

单例检测

​ 实例化多个对象，查看内存地址，若都相等，则实现成功，在这里不进行赘述。

线程安全

​ 在多线程的程序中，使用上述的实现方式会遇到一些问题：单件未实例化之前多个线程在判断时拿到的结果可能一样，这样单件的限制便失去效果，程序依旧可以多次实例化单件。

解决方案

线程加锁，将获取实例的方法变为同步，限制只有同时只有一个线程可以进入该方法。但在单件使用频繁的场景下，获取单件实例的损耗是相当严重的，会影响高并发的质量。我们可以在编译器一开始加载这个类的时候便实例化该单件，这样便可以保证线程安全。另一种方法，减少在获取单件实例的方法中使用同步，利用双重检查枷锁，检查单件是否实例化，若没有，再进行同步，这样只有在第一次才会同步。

双重检查枷锁实现

Python实现

import threading


class Singleton:
    _instance = None
    # 配合 threading 实现同步方法
    _lock = threading.Lock()

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not cls._instance:
            # 只允许一个线程执行后续代码
            cls._lock.acquire()
            if not cls._instance:
                cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)
            cls._lock.release()
        return cls._instance

Java实现

public class Singleton {
    /**
     * volatile关键字：
     * 　　被volatile修饰的共享变量（类的成员变量、类的静态成员变量），具备两层语义：
     * 　　1、保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，
     * 　　　这新值对其他线程来说是立即可见的。
     * 　　2、禁止进行指令重排序。
     */
    private volatile static Singleton Instance;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (Instance == null) {
            // synchronized 将方法变为同步的，只允许有一个线程进入方法
            synchronized (Singleton.class) {
                if (Instance == null) {
                    Instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return Instance;
    }
}

​ 这样便实现了完整的单件模式，并且减少同步次数降低了系统性能的消耗。

原文发布于公众号　一起拧螺丝