java单例模式浅析

 单例模式:
确保某一个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例,这个类称为单例类,它提供全局访问的方法。单例模式是一种对象创建型模式。


单例模式有三个要点:

        某个类只能有一个实例;
        必须自行创建这个实例;
        必须自行向整个系统提供这个实例。

普通的单例模式,代码如下
public class Singleton {
      private static Singleton  instance;

      private Singleton() {
          //do something
         System. out.println( "thread id:"+Thread. currentThread().getId());
          try {
            Thread. sleep( 1000);
        }  catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

      public static Singleton getInstance() {
          if ( instance ==  null) {
              instance =  new Singleton();
        }
          return  instance;
    }
}
满足了一个单例模式的定义
但是,当多个线程的情况并且
做了一些工作,简单的说耗时1秒才搞定的情况,上面的单例 类Singleton 就不满足了。
代码继续,小小改造:
public class Singleton {
      private static Singleton  instance;

      private Singleton() {
          //do something
          try {
            Thread. sleep( 1000);
        }  catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

      public static Singleton getInstance(String string) {
          if ( instance ==  null) {
            System. out.println(string);
              instance =  new Singleton();
        }
          return  instance;
    }
}
然后客户端的代码:
public class Test {
      public static void main(String[] args) {
        Thread thread =  new Thread( new Runnable() {
              @Override
              public void run() {
                Singleton singleton1 = Singleton. getInstance();
            }
        });
        thread.start();
        Thread thread1 =  new Thread( new Runnable() {
              @Override
              public void run() {
                Singleton singleton2 = Singleton. getInstance();
            }
        });
        thread1.start();
    }
}
最后输出:
thread id:10
thread id:11
这里解决办法有两种:
先说第一种(饿汉式):继续改造单例类
public class Singleton {
      private static Singleton  instance= new Singleton();

      private Singleton() {
          //do something
         System. out.println( "thread id:"+Thread. currentThread().getId());
          try {
            Thread. sleep( 1000);
        }  catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

      public static Singleton getInstance() {

          return  instance;
    }
}
客户端代码不动,输出
hread id:10
当类被加载时,静态变量instance会被初始化,此时类的私有构造函数会被调用,单例类的唯一实例将被创建。 如果使用饿汉式单例来设计,则不会出现创建多个单例对象的情况,可确保单例对象的唯一性。
第二种实现方式(懒汉式):
代码继续调整
public class Singleton {
      private static Singleton  instance;

      private Singleton() {
          //do something
         System. out.println( "thread id:" + Thread. currentThread().getId());
          try {
            Thread. sleep( 1000);
        }  catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

      synchronized public static Singleton getInstance() {
          if ( instance ==  null) {
              instance =  new Singleton();
        }
          return  instance;
    }
}
客户端依旧不变,输出
thread id:11
证明也实现了, 当类被加载时,静态变量instance会被初始化,此时类的私有构造函数会被调用,单例类的唯一实例将被创建。 如果使用饿汉式单例来设计,则不会出现创建多个单例对象的情况,可确保单例对象的唯一性。
该单例类在getInstance()方法前面增加了关键字synchronized进行线程锁,以处理多个线程同时访问的问题。那么问题来了,上述代码虽然解决了线程安全问题, 但是每次调用getInstance()时都需要进行线程锁定判断,在多线程高并发访问环境中,将会导致系统性能大大降低。如何既解决线程安全问题又不影响系统性能呢? 我们继续对懒汉式单例进行改进。事实上,我们无须对整个getInstance()方法进行锁定
再次对单例类进行改变,
public class Singleton {
      private volatile static Singleton  instance;

      private Singleton() {
          //do something
         System. out.println( "thread id:" + Thread. currentThread().getId());
          try {
            Thread. sleep( 1000);
        }  catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

      public static Singleton getInstance() {
          if ( instance ==  null) {
              synchronized(Singleton. class){
                  if ( instance ==  null) {
                      instance =  new Singleton();
                }
            }
        }
          return  instance;
    }
}
客户端依旧不变,输出
thread id:10
由于做了两次判断外加锁,所以都称之为 双重锁,
需要注意的是,如果使用双重检查锁定来实现懒汉式单例类,需要在静态成员变量instance之前增加修饰符volatile,被volatile修饰的成员变量可以确保多个线程都能够正确处理, 且该代码只能在JDK 1.5及以上版本中才能正确执行。由于volatile关键字会屏蔽Java虚拟机所做的一些代码优化,可能会导致系统运行效率降低,因此即使使用双重检查锁定来实现 单例模式也不是一种完美的实现方式
饿汉式VS懒汉式
      饿汉式单例类在类被加载时就将自己实例化,它的优点在于无须考虑多线程访问问题,可以确保实例的唯一性;从调用速度和反应时间角度来讲,由于单例对象一开始就得以创建,因此要优于懒汉式单例。但是无论系统在运行时是否需要使用该单例对象, 由于在类加载时该对象就需要创建,因此从资源利用效率角度来讲,饿汉式单例不及懒汉式单例,而且在系统加载时由于需要创建饿汉式单例对象,加载时间可能会比较长。
      懒汉式单例类在第一次使用时创建,无须一直占用系统资源,实现了延迟加载,但是必须处理好多个线程同时访问的问题,特别是当单例类作为资源控制器,在实例化时必然涉及资源初始化,而资源初始化很有可能耗费大量时间, 这意味着出现多线程同时首次引用此类的机率变得较大,需要通过双重检查锁定等机制进行控制,这将导致系统性能受到一定影响
由于上述两种方式都各有问题, 那就出现另外一种更好的方式呢?

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