Java实习生面试常问设计模式——单例模式
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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了Java实习生面试常问设计模式——单例模式相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
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- 本篇总结的是 单例设计模式,后续会每日更新~
1、简介
- 单例模式使⽤场景:
- 业务系统全局只需要⼀个对象实例,⽐如发号器、 redis 连接对象等。
- Spring IOC容器中的 Bean 默认就是单例。
- Spring Boot 中的 Controller、Service、Dao 层中通过
@Autowire
的依赖注⼊对象默认都是单例的。
- 单例模式分类:
- 懒汉:就是所谓的懒加载,延迟创建对象,需要用的时候再创建对象。
- 饿汉:与懒汉相反,提前创建对象。
- 单例模式实现步骤:
- 私有化构造函数。
- 提供获取单例的⽅法。
2、单例模式——懒汉式
单例模式——懒汉式有以下⼏种实现⽅式:
/**
* @Auther: csp1999
* @Date: 2020/11/06/20:36
* @Description: 单例设计模式-懒汉式
*/
public class SingletonLazy {
// 当需要用到该实例的时候再创建实例对象
private static SingletonLazy instance;
/**
* 构造函数私有化
* 不能通过 new SingletonLazy() 的方式创建实例
*
* 当需要用到该实例的时候在加载
* 只能通过 SingletonLazy.getInstance() 这种方式获取实例
*/
private SingletonLazy() {
}
/**
* 单例对象的方法
*/
public void process() {
System.out.println("方法实例化成功!");
}
/**
* 方式一:
* <p>
* 对外暴露一个方法获取该类的对象
* <p>
* 缺点:线程不安全,多线程下存在安全问题
*
* @return
*/
public static SingletonLazy getInstance() {
if (instance == null) {// 实例为null时候才创建
/**
* 线程安全问题:
* 当某一时刻,两个或多个线程同时判断到instance == null成立的时候
* 这些线程同时进入该if判断内部执行实例化
* 则会新建出不止一个SingletonLazy实例
*/
instance = new SingletonLazy();// 当需要的时候再进行实例化对象
}
return instance;
}
/**
* 方式二:
* 通过加synchronized锁 保证线程安全
*
* 采用synchronized 对方法加锁有很大的性能开销
* 因为当getInstance2()内部逻辑比较复杂的时候,在高并发条件下
* 没获取到加锁方法执行权的线程,都得等到这个方法内的复杂逻辑执行完后才能执行,等待浪费时间,效率比较低
*
* @return
*/
public static synchronized SingletonLazy getInstance2() {
if (instance == null) {// 实例为null时候才创建
// 方法上加synchronized锁后可以保证线程安全
instance = new SingletonLazy();// 当需要的时候再进行实例化对象
}
return instance;
}
/**
* 方式三:
* 在getInstance3()方法内,针对局部需要加锁的代码块加锁,而不是给整个方法加锁
*
* 也存在缺陷:
* @return
*/
public static SingletonLazy getInstance3() {
if (instance == null) {// 实例为null时候才创建
// 局部加锁后可以保证线程安全,效率较高
// 缺陷:假设线程A和线程B
synchronized (SingletonLazy.class){
// 当线程A获得锁的执行权的时候B等待 A执行new SingletonLazy();实例化
// 当A线程执行完毕后,B再获得执行权,这时候还是可以实例化该对象
instance = new SingletonLazy();// 当需要的时候再进行实例化对象
}
}
return instance;
}
}
单例模式:懒汉实现 + 双重检查锁定 + 内存模型
对于上面方式三存在的缺陷,我们可以使用双重检查锁定的方式对其进行改进:
/**
* 方式三改进版本:
* 在getInstance3()方法内,针对局部需要加锁的代码块加锁,而不是给整个方法加锁
*
* DCL 双重检查锁定 (Double-Checked-Locking) 在多线程情况下保持高性能
*
* 这是否安全? instance = new SingletonLazy(); 并不是原子性操作
* jvm中 instance实例化内存模型流程如下:
* 1.分配空间给对象
* 2.在空间内创建对象
* 3.将对象赋值给instance引用
*
* 假如出现如下顺序错乱的情况:
* 线程的执行顺序为:1 -> 3 -> 2, 那么这时候会把值写回主内存
* 则,其他线程就会读取到instance的最新值,但是这个是不完全的对象
* (指令重排现象)
*
* @return
*/
public static SingletonLazy getInstance3plus() {
if (instance == null) {// 实例为null时候才创建
// 局部加锁后可以保证线程安全,效率较高
// 假设线程A和线程B
synchronized (SingletonLazy.class){// 第一重检查
// 当线程A获得锁的执行权的时候B等待 A执行new SingletonLazy();实例化
// 当A线程执行完毕后,B再获得执行权,这时候再判断instance == null是否成立
// 如果不成立,B线程无法 实例化SingletonLazy
if (instance == null){// 第二重检查
instance = new SingletonLazy();// 当需要的时候再进行实例化对象
}
}
}
return instance;
}
再次升级方式三,来解决内存模型中的指令重排问题:
// 添加volatile 关键字,禁止实例化对象时,内存模型中出现指令重排现象
private static volatile SingletonLazy instance;
/**
* 方式三再次升级版本:
* 在getInstance3()方法内,针对局部需要加锁的代码块加锁,而不是给整个方法加锁
*
* DCL 双重检查锁定 (Double-Checked-Locking) 在多线程情况下保持高性能
*
* 解决指令重排问题——禁止指令重排
* @return
*/
public static SingletonLazy getInstance3plusplus() {
if (instance == null) {// 实例为null时候才创建
// 局部加锁后可以保证线程安全,效率较高
// 假设线程A和线程B
synchronized (SingletonLazy.class){// 第一重检查
// 当线程A获得锁的执行权的时候B等待 A执行new SingletonLazy();实例化
// 当A线程执行完毕后,B再获得执行权,这时候再判断instance == null是否成立
// 如果不成立,B线程无法 实例化SingletonLazy
if (instance == null){// 第二重检查
instance = new SingletonLazy();// 当需要的时候再进行实例化对象
}
}
}
return instance;
}
单例模式——懒汉式调用:
@Test
public void testSingletonLazy(){
SingletonLazy.getInstance().process();
}
3、单例模式——饿汉式
/**
* @Auther: csp1999
* @Date: 2020/11/06/21:39
* @Description: 单例设计模式-饿汉式
*/
public class SingletonHungry {
// 当类加载的时候就直接实例化对象
private static SingletonHungry instance = new SingletonHungry();
private SingletonHungry(){}
/**
* 单例对象的方法
*/
public void process() {
System.out.println("方法实例化成功!");
}
public static SingletonHungry getInstance(){
return instance;// 当类加载的时候就直接实例化对象
}
}
单例模式——饿汉式调用:
@Test
public void testSingletonHungry(){
SingletonHungry.getInstance().process();
}
饿汉式单例模式,当类加载的时候就直接实例化对象,因此不需要考虑线程安全问题。
- 优点:实现简单,不需要考虑线程安全问题。
- 缺点:不管有没有使用该对象实例,instance对象一直占用着这段内存。
懒汉与饿汉式如何选择?
- 如果对象内存占用不大,且创建不复杂,直接使用饿汉的方式即可。
- 其他情况均采用懒汉方式(优选)。
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