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[Java项目交流] java设计模式---Singleton(单态)

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    发表于 2015-5-12 21:15:48 | 显示全部楼层 |阅读模式
    本帖最后由 忘忧的记忆 于 2015-5-12 21:15 编辑

    单例对象( Singleton)是一种常用的设计模式。在 Java 应用中,单例对象能保证在一个 JVM 中,该对象
    只有一个实例存在。这样的模式有几个好处:
    1、某些类创建比较频繁,对于一些大型的对象,这是一笔很大的系统开销。
    2、省去了 new 操作符,降低了系统内存的使用频率,减轻 GC 压力。
    3、有些类如交易所的核心交易引擎,控制着交易流程,如果该类可以创建多个的话,系统完全乱了。(比
    如一个军队出现了多个司令员同时指挥,肯定会乱成一团),所以只有使用单例模式,才能保证核心交易服
    务器独立控制整个流程。
    首先我们写一个简单的单例类:
    1. public class Singleton {
    2.
    3. /* 持有私有静态实例,防止被引用,此处赋值为 null,目的是实现延迟加载 */
    4. private static Singleton instance = null;
    5.
    6. /* 私有构造方法,防止被实例化 */
    7. private Singleton() {
    8. }
    9.
    10. /* 静态工程方法,创建实例 */
    11. public static Singleton getInstance() {
    12. if (instance == null) {
    13. instance = new Singleton();
    14. }
    15. return instance;
    16. }
    17.
    18. /* 如果该对象被用于序列化,可以保证对象在序列化前后保持一致 */
    19. public Object readResolve() {
    20. return instance;
    21. }
    22. }
    这个类可以满足基本要求,但是,像这样毫无线程安全保护的类,如果我们把它放入多线程的环境下,
    肯定就会出现问题了,如何解决?我们首先会想到对 getInstance 方法加 synchronized 关键字,如下:
    1. public static synchronized Singleton getInstance() {
    2. if (instance == null) {
    3. instance = new Singleton();
    4. }
    5. return instance;
    6. }
    但是, synchronized 关键字锁住的是这个对象,这样的用法,在性能上会有所下降,因为每次调用
    getInstance(),都要对对象上锁,事实上,只有在第一次创建对象的时候需要加锁,之后就不需要了,
    所以,这个地方需要改进。我们改成下面这个:
    1. public static Singleton getInstance() {
    2. if (instance == null) {
    3. synchronized (instance) {
    4. if (instance == null) {
    5. instance = new Singleton();
    6. }
    7. }
    8. }
    9. return instance;
    10. }
    似乎解决了之前提到的问题,将 synchronized 关键字加在了内部,也就是说当调用的时候是不需要加
    锁的,只有在 instance 为 null,并创建对象的时候才需要加锁,性能有一定的提升。但是,这样的情况,
    还是有可能有问题的,看下面的情况: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。这样就可能出错了,我们以 A、 B 两个线程为例:
    a>A、 B 线程同时进入了第一个 if 判断
    b>A 首先进入 synchronized 块,由于 instance 为 null,所以它执行 instance = new Singleton();
    c>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。
    d>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。
    e>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。
    所以程序还是有可能发生错误,其实程序在运行过程是很复杂的,从这点我们就可以看出,尤其是在写
    多线程环境下的程序更有难度,有挑战性。我们对该程序做进一步优化:
    1. private static class SingletonFactory{
    2. private static Singleton instance = new Singleton();
    3. }
    4. public static Singleton getInstance(){
    5. return SingletonFactory.instance;
    6. }
    实际情况是,单例模式使用内部类来维护单例的实现, 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上
    面的问题。同时该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制,这样就解决了低性能问题。这样我们
    暂时总结一个完美的单例模式:
    1. public class Singleton {
    2.
    3. /* 私有构造方法,防止被实例化 */
    4. private Singleton() {
    5. }
    6.
    7. /* 此处使用一个内部类来维护单例 */
    8. private static class SingletonFactory {
    9. private static Singleton instance = new Singleton();
    10. }
    11.
    12. /* 获取实例 */
    13. public static Singleton getInstance() {
    14. return SingletonFactory.instance;
    15. }
    16.
    17. /* 如果该对象被用于序列化,可以保证对象在序列化前后保持一致 */
    18. public Object readResolve() {
    19. return getInstance();
    20. }
    21. }
    参考: 宋红康23中设计模式

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