Java 單例模式，Java模式

Java 單例模式，Java模式

前言：昨天公司計劃把項目中的部分功能做出SDK的形式，供其他公司的產品使用，所以不得不重新研究一下單例模式。

 

為什麼單例

1、在內存中只有一個對象，節省內存空間。避免頻繁的創建銷毀對象，可以提高性能。避免對共享資源的多重占用。可以全局訪問。

2、確保一個類只有一個實例，自行實例化並向系統提供這個實例

 

單例需要注意的問題

1、線程安全問題

2、資源使用問題

 

實際上本文就是在討論這兩個問題 

 

1、方式1 （餓漢式）

package com;

public class Singleton {

	private static Singleton instance = new Singleton() ;


	private Singleton(){

	}

	public static Singleton getInstance() {  
		return  instance ;  
	}  

}

　　優點：在未調用getInstance() 之前，實例就已經創建了，天生線程安全
      缺點：如果一直沒有調用getInstance() , 但是已經創建了實例，造成了資源浪費。

 

2、方式1 （懶漢式）

package com;

public class Person {
	private static Person person ;

	private Person(){
		
	}
	
	public static Person get(){
		if ( person == null ) {
			person = new Person() ;
		}
		return person ;
	}

}

優點：get() 方法被調用的時候，才創建實例，節省資源。
缺點：線程不安全。

　　這種模式，可以做到單例模式，但是只是在單線程中是單例的，如果在多線程中操作，可能出現多個實例。

     測試：啟動20個線程，然後在線程中打印 Person 實例的內存地址

package com;

public class A1  {
	
	public static void main(String[] args) {
		
		for ( int i = 0 ;  i < 20 ; i ++ ) {
			new Thread( new Runnable() {
				
				@Override
				public void run() {
					System.out.println( Person.get().hashCode() );
				}
			}).start(); ;
			
		}
		
	}
}

　　結果：可以看到出現了兩個實例

    造成的原因：

線程A希望使用Person，調用get()方法。因為是第一次調用，A就發現 person 是null的，於是它開始創建實例，就在這個時候，CPU發生時間片切換，線程B開始執行，它要使用 Person ，調用get()方法，同樣檢測到 person 是null——注意，這是在A檢測完之後切換的，也就是說A並沒有來得及創建對象——因此B開始創建。B創建完成後，切換到A繼續執行，因為它已經檢測完了，所以A不會再檢測一遍，它會直接創建對象。這樣，線程A和B各自擁有一個 Person 的對象——單例失敗！

總結：1、可以實現單線程單例 

        2、多線單例無法保證

改進：1、加鎖

 

3、 用synchronized  加鎖同步

package com;

public class Person {
	private static Person person ;

	private Person(){

	}

	public synchronized static Person get(){
		if ( person == null ) {
			person = new Person() ;
		}
		return person ;
	}



}

　　經過測試，已經可以滿足多線程的安全問題了，synchronized修飾的同步塊可是要比一般的代碼段慢上幾倍的！如果存在很多次get()的調用，那性能問題就不得不考慮了！

優點：

1、滿足單線程的單例

2、滿足多線程的單例

缺點：

1、性能差

 

4、改進性能  雙重校驗

package com;

public class Person {
	private static Person person ;

	private Person(){
	}

	public synchronized static Person get(){
		if ( person == null ) {
			synchronized ( Person.class ){
				if (person == null) { 
					person = new Person(); 
				} 
			}
		}
		return person ;
	}

}

　　首先判斷person 是不是為null，如果為null，加鎖初始化；如果不為null，直接返回 person 。整個設計，進行了雙重校驗。

優點：

1、滿足單線程單例

2、滿足多線程單例

3、性能問題得以優化

 

缺點：第一次加載時反應不快，由於java內存模型一些原因偶爾失敗

 

5、volatile 關鍵字，解決雙重校驗帶來的弊端

package com;

public class Person {

	private static volatile Person person = null ;


	private Person(){

	}

	public static Person getInstance(){
		if ( person == null ) {
			synchronized ( Person.class ){
				if ( person == null ) {
					person = new Person() ;
				}
			}
		}

		return person ;
	}

}

　　假設沒有關鍵字volatile的情況下，兩個線程A、B，都是第一次調用該單例方法，線程A先執行 person = new Person()，該構造方法是一個非原子操作，編譯後生成多條字節碼指令，由於JAVA的指令重排序，可能會先執行 person 的賦值操作，該操作實際只是在內存中開辟一片存儲對象的區域後直接返回內存的引用，之後 person 便不為空了，但是實際的初始化操作卻還沒有執行，如果就在此時線程B進入，就會看到一個不為空的但是不完整 （沒有完成初始化）的 Person對象，所以需要加入volatile關鍵字，禁止指令重排序優化，從而安全的實現單例。

     補充：看了圖片加載框架 Glide (3.7.0版) 源碼，發現glide 也是使用volatile 關鍵字的雙重校驗實現的單例，可見這種方法是值得信賴的。

  

6、靜態內部類

package com;

public class Person {

	private Person(){

	}

	private static class PersonHolder{
		/**
		 * 靜態初始化器，由JVM來保證線程安全
		 */
		private static Person instance = new Person();
	}


	public static Person getInstance() {
		return PersonHolder.instance;
	}

}

　　優點：

1、資源利用率高，不執行getInstance()不被實例，可以執行該類其他靜態方法

 

 

總結：

1、上面的6中方法，都實現了某種程度的單例，各有利弊，根據使用的場景不同，需要滿足的特性不同，選取合適的單例方法才是正道。

2、對線程要求嚴格，對資源要求不嚴格的推薦使用：1    餓漢式

3、對線程要求不嚴格，對資源要求嚴格的推薦使用：2    懶漢式

4、對線程要求稍微嚴格，對資源要求嚴格的推薦使用：4  雙重加鎖

5、同時對線程、資源要求非常嚴格的推薦使用：5 、 6