前段时间在iteye上关于单例模式讨论很火热,单例也是自己在工作中用得最多的设计模式,写此博文总结一下自己对单例的理解,方便以后查看。
单例模式常用的有五种实现,在类加载的时候把单例初始化了,使用getInstance方法是只是简单的return单例的实例,这种实现方式就叫做饿汉式。饿汉式的优点是线程安全的,缺点是不能延时加载。
饿汉式单例实现代码(代码1)
public class Singleton{
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton(){ }
private static Singleton getInstance(){
return instance;
}
}
如果单例类的初始化开销很大,用户希望在使用的时候创建单例类,在调用getInstance的时候才去判断单例是否初始化,如果没有就初始化,然后return单例实例,这种延迟初始化来提高程序启动速度的,叫做饱汉式。饱汉式实现了延时加载,但是在多线程环境下,如果不同步getInstance方法会有线程安全问题,如果同步getInsatance方法就会变成串行执行,执行效率会变低。
线程安全的饱汉式(代码2)
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton(){ }
public static synchronized Singleton getInstance(){
if(instance==null){
instance = new Singleton();//1
}
return instance;
}
}
上述代码中的getInstance方法在多线程环境下运行的很好,然而,当分析这段代码时,您会意识到只有在第一次调用方法时才需要同步。由于只有第一次调用执行了 //1 处的代码,而只有此行代码需要同步,因此就无需对后续调用使用同步。所有其他调用仅判断 instance
是非 null
的,并将其返回。多线程能够安全并发地执行除第一次调用外的所有调用。尽管如此,由于该方法是synchronized
的,需要为该方法的每一次调用付出同步的代价,即使只有第一次调用需要同步。因此,为了是getInstance方法更为高效,出现了下面这种实现代码(代码3)
public class Singleton{
private static Singleton instance;
private Singleton(){ }
public static Singleton getInstance(){
if(instance==null){ //1
synchronized (Singleton.class) { //2
instance = new Singleton(); //3
}
}
return instance;
}
}
代码 3中的代码展示了用多线程加以说明。当instance为null时,两个线程可以并发地进入if语句内部。然后,一个线程进入synchronized块来初始化instance,而另一个线程则被阻断。当第一个线程退出synchronized块时,等待着的线程进入并创建另一个Singleton对象。注意:当第二个线程进入synchronized块时,它并没有检查instance是否非null。为了解决代码3中的问题,我们需要对instance进行二次检查,这就是双重检查锁定实现。
(代码4)
public class Singleton{
private static Singleton instance;
private Singleton(){ }
public static Singleton getInstance(){
if(instance==null){
synchronized (Singleton.class) { //1
if(instance==null){ //2
instance = new Singleton(); //3
}
}
}
return instance;
}
}
双重检查锁定背后的理论是:在//2处二次检查instance,使得创建两个instance成为不可能。双重检查锁定背后的理论是完美的,不幸的是,现实完全不同。双重检查锁定的问题是:java平台内存模型并不能保证它会顺利运行。
(深究这个问题请参考:http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-dcl.html)
在貌似只有饿汉式的实现才能解决问题之际,一种全新的思想被提了出来,那就是静态内部类实现,代码如下:
public class Singleton{
private Singleton(){}
//静态内部类
static class innerSingleton{
static Singleton instance = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance(){
return innerSingleton.instance;
}
}
使用静态内部类,jvm在加载Singleton是并不加载它的内部类innerSingleton,而是在调用getInstance方法时调用innerSingleton才加载innweSingleton,从而调用Singleton的构造方法,实例化Singleton,从而在不需要同步的情况下实现了延时初始化的效果,推荐使用该种单例实现。
最后一种就是使用枚举实现,枚举的优点是不仅能避免多线程同步问题,而且还能防止反序列化重新创建新的对象。但是失去了类的一些特性,没有延迟加载,用的人也太少了,实现代码如下:
public enum Singleton {
instance;
public void singletonOpr1(){
System.out.println("singletonOpr1 run");
}
public void singletonOpr2(){
System.out.println("singletonOpr2 run");
}
}
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