单例模式

Posted 2021-01-22 hhhshct

　　在学习单例模式前，我们首先要了解两个问题。

　　1、单例模式有哪些作用

　　第一、控制资源的使用，通过线程同步来控制资源的并发访问；第二、控制实例产生的数量，达到节约资源的目的。第三、作为通信媒介使用，也就是数据共享，它可以在不建立直接关联的条件下，让多个不相关的两个线程或者进程之间实现通信。

　　2、什么时候需要使用单例

　　一个类在应用中如果有两个或者两个以上的实例会引起错误，或者某个类在整个应用中，同一时刻，有且只能有一种状态，则需要被设计为单例。在日常应用中使用的比较多就是配置类，还有我们常用的数据库连接池等都是使用了单例模式。

　　java中单例模式的几种的方式

　　1、饿汉式

package singleton;

public class HungerSingleton {

    private static HungerSingleton simpleSingleton = new HungerSingleton();
    private HungerSingleton(){};
    public static HungerSingleton getSingleton() {
        return simpleSingleton;
    }
}

　　优点：线程安全，访问时速度快，因为项目启动时已经创建好；缺点：项目启动慢，初始化需要占用空间即便没有用到

　　2、简单懒汉式

package singleton;

public class SimpleSingleton {

    private static SimpleSingleton simpleSingleton;
    private SimpleSingleton(){};
    
    public static SimpleSingleton getSingleton() {
        if(simpleSingleton== null) {
            simpleSingleton = new SimpleSingleton();
        }
        return simpleSingleton;
    }
}

　　优点：使用时才会创建，节省空间，启动速度快，缺点：多线程下容易创建多个实例，造成莫名的错误，通过下面一个简单的例子可以验证

package singleton;

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class Client {
    
    private volatile boolean flag;
    public boolean isFlag() {
        return flag;
    }
    public void setFlag(boolean flag) {
        this.flag = flag;
    }


    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Set<String> set = new HashSet<>();
        ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
        Client client = new Client();
        client.setFlag(false);
        for(int i=0;i<100;i++) {
            executorService.execute(new Runnable() {
                
                @Override
                public void run() {
                    while(true) {
                        if(client.isFlag()) {
                            SimpleSingleton s = SimpleSingleton.getSingleton();
                            set.add(s.toString());
                            break;
                        }
                    }
                }
            });
        }
        Thread.sleep(5000);
        client.setFlag(true);
        Thread.sleep(5000);
        System.out.println("并发情况下获取的实例情况");
        for (String string : set) {
            System.out.println(string);
        }
        executorService.shutdown();
    }
}

　　运行结果如下：

　　3、同步懒汉式

package singleton;

public class SynSingleton {

    private static SynSingleton simpleSingleton;
    private SynSingleton(){};
    
    public static synchronized  SynSingleton getSingleton() {
        if(simpleSingleton== null) {
            simpleSingleton = new SynSingleton();
        }
        return simpleSingleton;
    }
}

　　优点：线程安全，启动快，初始化时不占用空间，缺点：同步代码较多，容易造成线程等待

　　4、双重检查懒汉式

package singleton;

public class DoubleCheckSingleton {

    private static DoubleCheckSingleton simpleSingleton;
    private DoubleCheckSingleton(){};
    
    public static   DoubleCheckSingleton getSingleton() {
        if(simpleSingleton== null) {
            synchronized(DoubleCheckSingleton.class) {
                if(simpleSingleton== null) {
                    simpleSingleton = new DoubleCheckSingleton();
                }
            }
        }
        return simpleSingleton;
    }
}

　　优点：线程安全，启动快，节省初始化空间，效率高，缺点：代码复杂，可能出现未知错误，至于为什么会出现未知错误，那我们就要先了解jvm创建对象的过程。

　　jvm创建对象分为三个步骤：1.分配内存2.初始化构造器3.将对象指向分配的内存的地址，这种顺序在上述双重加锁的方式是没有问题的，因为这种情况下JVM是完成了整个对象的构造才将内存的地址交给了对象。但是如果2和3步骤是相反的（2和3可能是相反的是因为JVM会针对字节码进行调优，而其中的一项调优便是调整指令的执行顺序），就会出现问题了，因为这时将会先将内存地址赋给对象，针对上述的双重加锁，就是说先将分配好的内存地址指给synchronizedSingleton，然后再进行初始化构造器，这时候后面的线程去请求getInstance方法时，会认为synchronizedSingleton对象已经实例化了，直接返回一个引用。如果在初始化构造器之前，这个线程使用了synchronizedSingleton，就会产生莫名的错误。

　　5、双重检查 + volatile

　　这种就是在双重检查的基础上给 simpleSingleton 属性加上volatile关键字，这样便可以禁止jvm指定重排序，即避免上双重检查出现未知错误的情况。

　　6、最常用的单例模式，静态内部类

package singleton;

public class StandardSingleton {

    private StandardSingleton(){};
    
    public static StandardSingleton getSingleton() {
        
        return InnerSingleton.standardSingleton;
    }
    
    private static class InnerSingleton{
        static StandardSingleton standardSingleton = new StandardSingleton();
    }
}

　　关于这种方式，有人会问会不会和双重检查有一样的问题，答案是不会，因为jvm在加载静态属性是内部实现了同步，所以不用考虑多线程下的问题。