java中單例模式講解
個(gè)人認(rèn)為單例模式是設(shè)計(jì)模式中最簡(jiǎn)單也是最常用的一種,是對(duì)有限資源合理利用的一種方式。這個(gè)模式看似簡(jiǎn)單,但是其中蘊(yùn)含了關(guān)于并發(fā)、類加載、序列化等一系列深層次的知識(shí),如果理解不夠深,就有可能在高并發(fā)時(shí)遇到難以預(yù)期的異常,或者會(huì)造成資源浪費(fèi)。
所以本文會(huì)從將目前Java領(lǐng)域最常用的幾種單例模式列出來(lái),供大家參考。
WHAT
維基百科給出了解釋、實(shí)現(xiàn)的思路以及應(yīng)該注意的地方:
單例模式,也叫單子模式,是一種常用的軟件設(shè)計(jì)模式,屬于創(chuàng)建型模式的一種。在應(yīng)用這個(gè)模式時(shí),單例對(duì)象的類必須保證只有一個(gè)實(shí)例存在。
實(shí)現(xiàn)單例模式的思路是:一個(gè)類能返回對(duì)象一個(gè)引用(永遠(yuǎn)是同一個(gè))和一個(gè)獲得該實(shí)例的方法(必須是靜態(tài)方法,通常使用getInstance這個(gè)名稱);當(dāng)我們調(diào)用這個(gè)方法時(shí),如果類持有的引用不為空就返回這個(gè)引用,如果類保持的引用為空就創(chuàng)建該類的實(shí)例并將實(shí)例的引用賦予該類保持的引用;同時(shí)我們還將該類的構(gòu)造函數(shù)定義為私有方法,這樣其他處的代碼就無(wú)法通過(guò)調(diào)用該類的構(gòu)造函數(shù)來(lái)實(shí)例化該類的對(duì)象,只有通過(guò)該類提供的靜態(tài)方法來(lái)得到該類的唯一實(shí)例。
單例模式在多線程的應(yīng)用場(chǎng)合下必須小心使用。如果當(dāng)唯一實(shí)例尚未創(chuàng)建時(shí),有兩個(gè)線程同時(shí)調(diào)用創(chuàng)建方法,那么它們同時(shí)沒(méi)有檢測(cè)到唯一實(shí)例的存在,從而同時(shí)各自創(chuàng)建了一個(gè)實(shí)例,這樣就有兩個(gè)實(shí)例被構(gòu)造出來(lái),從而違反了單例模式中實(shí)例唯一的原則。 解決這個(gè)問(wèn)題的辦法是為指示類是否已經(jīng)實(shí)例化的變量提供一個(gè)互斥鎖(雖然這樣會(huì)降低效率)。
類圖是:
WHY
正如定義所說(shuō),單例模式就是整個(gè)內(nèi)存模型中,只有一個(gè)實(shí)例。實(shí)例少了,內(nèi)存占用就少。同時(shí),只有一個(gè)實(shí)例,也就只需要構(gòu)建一個(gè)對(duì)象,計(jì)算就少。對(duì)于構(gòu)造過(guò)程中需要大量計(jì)算或者占用大量資源的對(duì)象,只創(chuàng)建一次,就減少了資源占用和內(nèi)存占用。
HOW
餓漢式
餓漢式是最簡(jiǎn)單的一種實(shí)現(xiàn),在類裝載過(guò)程中,完成實(shí)例化,避免多線程問(wèn)題。
實(shí)現(xiàn)一:靜態(tài)實(shí)例參數(shù)與靜態(tài)代碼塊
public class EagerSingleton { private static final EagerSingleton INSTANCE = new EagerSingleton(); private EagerSingleton() { } public static EagerSingleton getInstance() { return INSTANCE; } }
根據(jù)java的特性,餓漢式還可以變種寫法,有的地方稱為靜態(tài)代碼塊方式:
public class EagerSingleton { private static EagerSingleton INSTANCE = null; static { INSTANCE = new EagerSingleton(); } private EagerSingleton() { } public static EagerSingleton getInstance() { return INSTANCE; } }
這兩種方式只是在寫法上的區(qū)別,優(yōu)缺點(diǎn)沒(méi)有區(qū)別,只是借助Java語(yǔ)言特性的不同寫法,所以歸為一類。
餓漢式有兩個(gè)明顯的缺點(diǎn):
1.類裝載過(guò)程即完成實(shí)例化,如果整個(gè)應(yīng)用生命周期內(nèi),實(shí)例沒(méi)有使用,也就是浪費(fèi)資源了。
2.因?yàn)闆](méi)有辦法向構(gòu)造函數(shù)傳遞不同的參數(shù),如果需要通過(guò)個(gè)性化參數(shù)定制實(shí)例時(shí),這種方式就不支持了。
實(shí)現(xiàn)二:靜態(tài)內(nèi)部類
針對(duì)餓漢式第一個(gè)缺點(diǎn),我們可以借助靜態(tài)內(nèi)部類的方式,將對(duì)象實(shí)例化的時(shí)間延后。
public class EagerSingleton { private EagerSingleton() { } private static class EagerSingletonInstance { private static final EagerSingleton INSTANCE = new EagerSingleton(); } public static EagerSingleton getInstance() { return EagerSingletonInstance.INSTANCE; } }
但是,依然不能很好的解決第二個(gè)缺點(diǎn),如果需要根據(jù)不同的參數(shù)實(shí)現(xiàn)不同的實(shí)例,可以采用下面說(shuō)的懶漢式實(shí)現(xiàn)。
懶漢式
懶漢式比餓漢式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn),就是能夠在使用的時(shí)候再進(jìn)行實(shí)例化。但是,餡餅總是要伴隨著陷阱,懶漢式寫法有更多的坑,一不小心就摔著了。
錯(cuò)誤一:?jiǎn)尉€程實(shí)現(xiàn)
public class LazySingleton { private static LazySingleton INSTANCE = null; private LazySingleton() { } public static LazySingleton getInstance() { if (INSTANCE == null) { INSTANCE = new LazySingleton(); } return INSTANCE; } }
之所以定義為單線程實(shí)現(xiàn),是因?yàn)?code>INSTANCE == null這個(gè)判斷,一個(gè)線程通過(guò)這個(gè)判斷,開始進(jìn)行對(duì)象實(shí)例化,但是還沒(méi)有實(shí)例化完成,另一個(gè)線程又來(lái)了,這個(gè)時(shí)候,對(duì)象還沒(méi)有實(shí)例化,就也會(huì)開始進(jìn)行實(shí)例化,造成不必要的浪費(fèi)。
錯(cuò)誤二:同步方法
public class LazySingleton { private static LazySingleton INSTANCE = null; private LazySingleton() { } public static synchronized LazySingleton getInstance() { if (INSTANCE == null) { INSTANCE = new LazySingleton(); } return INSTANCE; } }
這種方式解決了多線程的問(wèn)題,但是也引入了新的性能問(wèn)題:太慢。synchronized
把整個(gè)方法包起來(lái),也就是每個(gè)線程進(jìn)入的時(shí)候,都需要等待其他線程結(jié)束調(diào)用,才能拿到實(shí)例,在性能敏感的場(chǎng)景,是比較致命的。
錯(cuò)誤三:同步代碼塊之單次檢查
public class LazySingleton { private static LazySingleton INSTANCE = null; private LazySingleton() { } public static LazySingleton getInstance() { if (INSTANCE == null) { synchronized (LazySingleton.class) { INSTANCE = new LazySingleton(); } } return INSTANCE; } }
這種寫法看似將同步代碼縮小,但也縮小了多線程保障,也犯了第一種寫法的錯(cuò)誤,屬于沒(méi)有對(duì)多線程有基本了解寫出的低級(jí)錯(cuò)誤代碼。
錯(cuò)誤四:同步代碼塊之雙重檢查
public class LazySingleton { private static LazySingleton INSTANCE = null; private LazySingleton() { } public static LazySingleton getInstance() { if (INSTANCE == null) { synchronized (LazySingleton.class) { if (INSTANCE == null) { INSTANCE = new LazySingleton(); } } } return INSTANCE; } }
這種寫法在一定程度上屬于正確的寫法,雙重判斷可以很好的實(shí)現(xiàn)線程安全和延遲加載。如果到這里就結(jié)束,那就是謬以千里的毫厘之差。
雙重檢查和同步代碼塊都沒(méi)有問(wèn)題,問(wèn)題出在INSTANCE = new LazySingleton()
這句話。在JVM中,為了充分利用CPU計(jì)算能力,會(huì)進(jìn)行重排序優(yōu)化,INSTANCE = new LazySingleton()
做了三件事:
1.為 INSTANCE 初始化??臻g
2.為 LazySingleton 分配內(nèi)存空間,實(shí)例化對(duì)象
3.INSTANCE 指向 LazySingleton 實(shí)例分配的內(nèi)存空間
因?yàn)橹嘏判騼?yōu)化的存在,真正執(zhí)行的過(guò)程中,可能會(huì)出現(xiàn)1-2-3的順序,也可能出現(xiàn)1-3-2的順序。如果是1-3-2,INSTANCE 指向了 LazySingleton 實(shí)例分配的內(nèi)存空間后,就不是null,另外一個(gè)線程進(jìn)入判斷null時(shí),就會(huì)直接返回 INSTANCE,但是這個(gè)時(shí)候 LazySingleton 實(shí)例化還沒(méi)有完成,就可能出現(xiàn)意想不到的異常。
正確:雙重檢查+阻止重排序
public class LazySingleton { private static volatile LazySingleton INSTANCE = null; private LazySingleton() { } public static LazySingleton getInstance() { if (INSTANCE == null) { synchronized (LazySingleton.class) { if (INSTANCE == null) { INSTANCE = new LazySingleton(); } } } return INSTANCE; } }
這種寫法比上面那種,就差在volatile
這個(gè)關(guān)鍵字。
枚舉
懶漢式和餓漢式都能夠適用于多線程并發(fā)場(chǎng)景,但是通過(guò)反序列化或反射可以實(shí)例化對(duì)象,這樣依然不能滿足單例模式的要求,所以可以借助枚舉實(shí)現(xiàn),枚舉可以完美避免多線程并發(fā)問(wèn)題,而且可以防止反序列化和反射創(chuàng)建新對(duì)象。第一次看到這樣定義單例模式,是在《Effective Java》中,多讀經(jīng)典書還是挺好的。
public enum EnumSingleton { INSTANCE; public void method1() { // do something } public Object method2() { // do something and return something else return new Object(); } }
在開發(fā)實(shí)踐中,枚舉可以滿足絕大部分場(chǎng)景,而且寫法簡(jiǎn)單,定義單例的邏輯只需要三行代碼,簡(jiǎn)潔而不簡(jiǎn)單,三行代碼可以保證線程安全。同時(shí)枚舉的反序列化只是通過(guò)name查找對(duì)象,不會(huì)產(chǎn)生新的對(duì)象;根據(jù)JVM規(guī)范,通過(guò)反射創(chuàng)建枚舉對(duì)象時(shí),會(huì)拋出IllegalArgumentException
異常。這樣,相當(dāng)于通過(guò)語(yǔ)法糖防止反序列化和反射破壞單例。
場(chǎng)景
1.無(wú)狀態(tài)工具類:這種工具類不需要記錄狀態(tài),只保證正確的應(yīng)用就行,可以通過(guò)單例模式來(lái)定義。
2.數(shù)據(jù)共享:即多個(gè)不相關(guān)的兩個(gè)線程或者進(jìn)程之間實(shí)現(xiàn)通信。因?yàn)槭且粋€(gè)實(shí)例,如果它的屬性或者變量值被修改,所有引用都是同時(shí)修改的,當(dāng)然需要 volatile 來(lái)定義變量。比如網(wǎng)站的計(jì)數(shù)器。
3.日志應(yīng)用:通常應(yīng)用會(huì)向日志文件寫日志信息,為了實(shí)時(shí)向文件寫,通常會(huì)使用單例模式,保證有一個(gè)實(shí)例持有文件,然后進(jìn)行操作。
4.數(shù)據(jù)庫(kù)連接池:數(shù)據(jù)庫(kù)連接是一種數(shù)據(jù)庫(kù)資源,使用數(shù)據(jù)庫(kù)連接池,主要是節(jié)省打開或者關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)連接所引起的效率損耗,這種效率上的損耗還是非常昂貴的,通過(guò)單例模式來(lái)維護(hù),就可以大大降低這種損耗。
5.Web應(yīng)用的配置對(duì)象:讀取文件需要消耗時(shí)間,如果讀取大文件,消耗的時(shí)間和資源更久,所以通過(guò)單例模式可以大大降低消耗。
以上就是java中單例模式講解的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于java 單例模式的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!
相關(guān)文章
SpringCloud gateway request的body驗(yàn)證或修改方式
這篇文章主要介紹了SpringCloud gateway request的body驗(yàn)證或修改方式,具有很好的參考價(jià)值,希望對(duì)大家有所幫助。如有錯(cuò)誤或未考慮完全的地方,望不吝賜教2021-07-07Java版微信公眾號(hào)支付開發(fā)全過(guò)程
這篇文章主要介紹了Java版微信公眾號(hào)支付開發(fā)全過(guò)程,本文通過(guò)實(shí)例相結(jié)合給大家介紹的非常詳細(xì),具有一定的參考借鑒價(jià)值,需要的朋友可以參考下2018-07-07關(guān)于log4j日志擴(kuò)展---自定義PatternLayout
這篇文章主要介紹了關(guān)于log4j日志擴(kuò)展---自定義PatternLayout,具有很好的參考價(jià)值,希望對(duì)大家有所幫助。如有錯(cuò)誤或未考慮完全的地方,望不吝賜教2021-12-12解決IDEA項(xiàng)目external libraries依賴包消失的問(wèn)題
有時(shí)候電腦重啟后,再打開IDEA上的項(xiàng)目時(shí)會(huì)出現(xiàn)external libraries目錄下的依賴包都消失了的情況,只剩下了一個(gè)JDK的包,本文給大家介紹了解決IDEA項(xiàng)目external libraries依賴包消失的辦法,需要的朋友可以參考下2024-02-02支付寶APP支付(IOS手機(jī)端+java后臺(tái))版
這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了支付寶APP支付(IOS手機(jī)端+java后臺(tái))版,具有一定的參考價(jià)值,感興趣的小伙伴們可以參考一下2019-05-05IDEA創(chuàng)建Maven項(xiàng)目一直顯示正在加載的問(wèn)題及解決
這篇文章主要介紹了IDEA創(chuàng)建Maven項(xiàng)目一直顯示正在加載的問(wèn)題及解決方案,具有很好的參考價(jià)值,希望對(duì)大家有所幫助。如有錯(cuò)誤或未考慮完全的地方,望不吝賜教2021-12-12Spring實(shí)戰(zhàn)之緩存使用key操作示例
這篇文章主要介紹了Spring實(shí)戰(zhàn)之緩存使用key操作,結(jié)合實(shí)例形式分析了Spring緩存使用key具體配置、屬性、領(lǐng)域模型等相關(guān)操作技巧,需要的朋友可以參考下2020-01-01