单例模式

Posted 2021-03-25 geekdanny

单例模式(Signleton)

一、定义

什么是单例模式？

单例模式是指类在各种情况下在只有一个实例

二、应用场景

单例模式用来干什么?

• 类频繁的创建和销毁,控制实例数目，节省系统资源

• 多进程多线程操作同一个文件，文件的处理必须是单例模式

• 设备管理器，网站的计数器为单例模式，

• 多线程的线程池设计一般也是单例模式，实现线程池对池中线程进行控制

三、实现

最重要的两个要求:

1.构造函数私有化
2.任何时候保证，只有一个实例

1.饿汉式

首选模式

实例立刻进行创建,使用时候进行返回
可以实现线程安全

public class Singleton{

    private static Singleton instance=new Singleton();
    private Singleton(){

    }
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
    public void showMessage(){
        System.out.println("the instance created");
    }
}

public class SingletonDemo{
    public static void main(String[] args){
        Singleton sg=Singleton.getInstance();
        sg.showMessage();
    }
}

2.懒汉式

在需要用到的实例的时候，进行创建
线程不安全

线程不安全
假设有两个线程t1,t2;
线程t1在运行到位置1的时候，cpu的使用权被交换
线程t2继续运行,建立一个instance_t2
线程t1获得运行权，继续执行位置2创建一个instance_t1

public class Singleton{

    private static Singleton instance;
    private Singleton(){

    }
    public static Singleton getInstance(){
        if(instance==null){            // 1
            instance==new Singleton(); // 2
        }
        return instance;
    }
}

3.实现线程安全

java每个对象都有一个内部锁
synchorinzed 关键字声明实现getInstace整个方法的锁

public class Singleton{

    private static Singleton instance;
    private Singleton(){

    }
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if(instance==null){            // 1
            instance==new Singleton(); // 2
        }
        return instance;
    }
}

4.DCL(double-checked locking)双检锁

1位置进行判空，不为空就是已创建，直接5返回

1位置判断为空，进入synchronized同步块,synchronized加类锁，确保同时只有一个线程进入

3位置为什么还要判空?

对于第一个拿锁的，3位置instance==null 创建新的实例

对于第一个拿锁在创建对象期间，也会有线程调用getInstance,此时实例还没有创建，1位置继续运行到位置2，发生阻塞。

创建实例完成后，所有其他都不会进入1位置,期间的阻塞进程唤醒，需要3位置的if语句来防止再次创建对象

volatile关键字

避免指令重排序

4语句 instance= new Singleton()；

对象初始化过程中，JVM主要做的事情

这个语句进行分解:

• 1.堆上分配内存
• 2.填充对象信息，具体数据初始化，末位填充
• 3.将引用指向这个对象堆地址

完成操作1 后，2，3可能存在指令重排序的可能

3的操作明显比2少，2，3一起执行，具体的顺序变成 1-3-2

先完成3，2慢慢的执行

这个时候，被synchronized挡在外面的阻塞线程无影响,会等到对象创建完，，首个拿锁者才会释放锁

在3完成，2未完成，有新的线程调用getInstance，对于位置1处的if，3完成，instance已经指向具体的内存地址，非空。导致直接返回未完成2语句，未完成初始化的instance实例

volatile 避免指令重排序，按照1-2-3的顺序执行

public class Singleton{

    private static volatile Singleton instance;
    private Singleton(){

    }
    public static Singleton getInstance(){
        if(instance==null){                   //1          
            synchronized(Singleton.class){    //2
                if(instance==null){           //3
                    instance==new Singleton();//4
                }
            } 
        }
        return instance;                       //5
    }
}

5.静态内部类

可以到达双检锁的同样的功效
静态域使用延迟初始化

public class Singleton{

    private static class SingletonHolder{
        private static final Singleton INSTANCE=new Singleton();
    } 
    private Singleton(){

    }
    public static final Singleton getInstance(){
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

6.枚举

实现单例模式的最佳最佳方式

简洁，自动支持序列化机制，避免多线程同步问题

public enum Singleton{
    INSTANCE;
    public void Method(){
        
    }
}

参考文章

0.双检锁（DCL）下volatile的作用

1.菜鸟教程-单例模式