`

java单例

阅读更多

Java多线程编程环境中单例模式的实现
关键字 多线程 单例模式

Abstract

在开发中,如果某个实例的创建需要消耗很多系统资源,那么我们通常会使用惰性加载机制,也就是说只
有当使用到这个实例的时候才会创建这个实例,这个好处在单例模式中得到了广泛应用。这个机制在
single-threaded环境下的实现非常简单,然而在multi-threaded环境下却存在隐患。本文重点介绍惰性加载机制以及其在多线程环境下的使用方法。
(作者numberzero,参考IBM文章《Double-checkedlockingandtheSingletonpattern》,欢迎转载与讨论)
1单例模式的惰性加载
通常当我们设计一个单例类的时候,会在类的内部构造这个类(通过构造函数,或者在定义处直接创建),并对外提供一个static getInstance方法提供获取该单例对象的途径。例如:Java
代码
public class Singleton{
    private static Singleton instance = new Singleton();
    private Singleton(){
        …

    }
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;

    }
}

这样的代码缺点是:

第一次加载类的时候会连带着创建Singleton实例,这样的结果与我们所期望的不同,因为创建实例的时候可能并不是我们需要这个实例的时候。同时如果这个Singleton实例的创建非常消耗系统资源,而应用始终都没有使用Singleton实例,那么创建Singleton消耗的系统资源就被白白浪费了。为了避免这种情况,我们通常使用惰性加载的机制,也就是在使用的时候才去创建。以上代码的惰性加载代码如下:
public class Singleton{
    private static Singleton instance = null;
    private Singleton(){
        …
    }
    public static Singleton getInstance(){
        if(instance==null)
            instance=new Singleton();
        return instance;
    }
}

这样,当我们第一次调用Singleton.getInstance()的时候,这个单例才被创建,而以后再次调用的时候仅仅返回这个单例就可以了。
2惰性加载在多线程中的问题

先将惰性加载的代码提取出来:
public static Singleton getInstance(){
    if(instance==null)
        instance=new Singleton();
    return instance;
}
这是如果两个线程A和B同时执行了该方法,然后以如下方式执行:
1.A进入if判断,此时foo为null,因此进入if内
2.B进入if判断,此时A还没有创建foo,因此foo也为null,因此B也进入if内
3.A创建了一个Foo并返回
4.B也创建了一个Foo并返回此时问题出现了,我们的单例被创建了两次,而这并不是我们所期望的。

3各种解决方案及其存在的问题
3.1使用Class锁机制以上问题最直观的解决办法就是给getInstance方法加上一个synchronize前缀,这样每次只允许一个线程调用getInstance方法:
public static synchronized Singleton getInstance(){
    if(instance==null)

        instance = new Singleton();
    return instance;

}
这种解决办法的确可以防止错误的出现,但是它却很影响性能:每次调用getInstance方法的时候都必须获得
Singleton的锁,而实际上,当单例实例被创建以后,其后的请求没有必要再使用互斥机制了
3.2double-checked locking

曾经有人为了解决以上问题,提出了double-checkedlocking的解决方案


public static Singleton getInstance(){
    if(instance==null)
        synchronized(instance){
            if(instance==null)
                instance=new Singleton();

        }
        return instance;
}

让我们来看一下这个代码是如何工作的:首先当一个线程发出请求后,会先检查instance是否为null,如果不是则直接返回其内容,这样避免了进入synchronized块所需要花费的资源。其次,即使第2节提到的情况发生了,两个线程同时进入了第一个if判断,那么他们也必须按照顺序执行synchronized块中的代码,第一个进入代码块的线程会创建一个新的Singleton实例,而后续的线程则因为无法通过if判断,而不会创建多余的实例。
3/3上述描述似乎已经解决了我们面临的所有问题,但实际上,从JVM的角度讲,这些代码仍然可能发生错误。对于JVM而言,它执行的是一个个Java指令。在Java指令中创建对象和赋值操作是分开进行的,也就是说instance=new Singleton();语句是分两步执行的。但是JVM并不保证这两个操作的先后顺序,也就是说有可能JVM会为新的Singleton实例分配空间,然后直接赋值给instance成员,然后再去初始化这个Singleton实例。这样就使出错成为了可能,我们仍然以A、B两个线程为例:
1.A、B线程同时进入了第一个if判断
2.A首先进入synchronized块,由于instance为null,所以它执行instance=newSingleton();
3.由于JVM内部的优化机制,JVM先画出了一些分配给Singleton实例的空白内存,并赋值给instance成员(注意此时JVM没有开始初始化这个实例),然后A离开了synchronized块。
4.B进入synchronized块,由于instance此时不是null,因此它马上离开了synchronized块并将结果返回给调用该方法的程序。
5.此时B线程打算使用Singleton实例,却发现它没有被初始化,于是错误发生了。
4通过内部类实现多线程环境中的单例模式为了实现慢加载,并且不希望每次调用getInstance时都必须互斥执行,最好并且最方便的解决办法如下:
public class Singleton{
    private Singleton(){
        …
    }
    private static class SingletonContainer{
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonContainer.instance;
    }
}
JVM内部的机制能够保证当一个类被加载的时候,这个类的加载过程是线程互斥的。这样当我们第一次调用getInstance的时候,JVM能够帮我们保证instance只被创建一次,并且会保证把赋值给instance的内存初始化完毕,这样我们就不用担心3.2中的问题。此外该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制,这样就解决了3.1中的低效问题。最后instance是在第一次加载SingletonContainer类时被创建的,而SingletonContainer类则在调用getInstance方法的时候才会被加载,因此也实现了惰性加载

分享到:
评论
1 楼 geyaandy 2014-08-14  

相关推荐

    Java 单例模式.pptx

    ### Java 单例模式详解 #### 一、什么是单例模式? 单例模式是一种常用的软件设计模式,在这种模式中,一个类只能拥有一个实例,并且该类必须自行创建并提供这个实例。通常,单例模式用于确保某个类在整个应用程序...

    Java单例模式设计

    Java单例模式是一种常用的设计模式,它保证一个类只有一个实例,并提供全局访问点。这种模式在需要频繁创建和销毁对象的场景中,或者当对象昂贵时(如数据库连接),能够节省系统资源,提高效率。本篇文章将深入探讨...

    java单例模式实例

    在Java中,有多种实现单例模式的方法,每种都有其特点和适用场景。接下来,我们将深入探讨这些实现方式。 首先,我们来看**懒汉式(Lazy Initialization)**。这种实现方式是在类被首次请求时才创建单例对象,延迟...

    使用Java单例模式实现一个简单的日志记录器.txt

    ### 使用Java单例模式实现一个简单的日志记录器 #### 一、单例模式简介 单例模式是一种常用的软件设计模式,在该模式中,一个类只能创建一个实例,并且提供了一个全局访问点来访问该实例。单例模式的主要优点包括...

    JAVA单例模式的几种实现方法

    ### JAVA单例模式的几种实现方法 #### 一、饿汉式单例类 饿汉式单例类是在类初始化时就已经完成了实例化的操作。这种实现方式简单且线程安全,因为实例化过程是在编译期间完成的,不会受到多线程的影响。 **代码...

    Java 单例模式 懒汉模式

    Java 单例模式 懒汉模式 //懒汉式 多线程中不可以保证是一个对象

    Java 单例模式 工具类

    Java中的单例模式是一种常用的软件设计模式,它保证一个类只有一个实例,并提供全局访问点。在Java编程中,单例模式常用于控制资源的访问,比如数据库连接池、线程池或者日志对象等。本篇文章将深入探讨如何在Java中...

    java单例模式的例子

    Java单例模式是一种常见的设计模式,它在软件工程中用于控制类的实例化过程,确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。这种模式在系统资源管理、缓存、日志记录等方面应用广泛。下面我们将深入探讨Java单例...

    java单例模式及实现

    Java单例模式及实现 Java单例模式是一种常见的设计模式,确保某一个类只有一个实例,而且向这个系统提供这个实例。单例模式可以分为三种:懒汉式单例、饿汉式单例、登记式单例。 单例模式的要点 1. 某个类只能有...

    java单例模式代码实例

    Java单例模式是一种常用的设计模式,它用于保证一个类只有一个实例,并提供全局访问点。这种模式在系统资源有限或者需要共享昂贵对象时尤其有用,比如数据库连接池、线程池等。下面我们将深入探讨Java单例模式的实现...

    java单例模式连接数据库源码

    Java单例模式是一种设计模式,它保证一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。在数据库连接管理中,使用单例模式能有效控制资源,避免频繁创建和关闭数据库连接导致的性能损失和资源浪费。以下是对Java单例模式...

    Java单例模式深入理解

    Java单例模式是一种设计模式,它允许在程序中创建唯一一个类实例,通常用于管理共享资源,例如数据库连接、线程池或者配置对象等。单例模式的核心在于限制类的构造函数,确保类只能被初始化一次,从而实现全局唯一的...

    java 单例模式(懒汉式与饿汉式).docx

    java 单例模式(懒汉式与饿汉式) java 单例模式是一种常用的软件设计模式。在它的可信结构中只包含一个被实例化单例的特别类。通过单例设计模式可以把整系统中的一个类只有一个实例。单例设计模式又分为两种方式,...

    Java单例模式与工厂模式简单示例代码

    在Java中,单例模式的实现通常有几种方法: 1. **饿汉式(静态常量)**:在类加载时就完成初始化,所以类加载比较慢,但获取对象的速度快,且线程安全。 ```java public class Singleton { private static final ...

    快速理解java单例的小程序

    Java单例模式是一种设计模式,它保证一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点。这个模式在许多场景下非常有用,比如管理共享资源、配置对象或者创建昂贵的对象时。本小程序就是为了帮助开发者快速理解和掌握Java中...

    java单例模式开发的7种写法

    ### Java单例模式开发的七种写法 #### 概述 单例模式是一种常用的软件设计模式,其目的是确保一个类仅有一个实例,并提供一个全局访问点。在Java编程语言中,实现单例模式的方法有很多种,不同的实现方式具有不同的...

Global site tag (gtag.js) - Google Analytics