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Java单例模式

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单例模式特点

1、构造器私有

2、在一个Java应用程序中,可保证只有一个实例对象

3、只提供一个供外界调用的getInstance()方法

单例模式优点

1、减少某些对象的频繁创建,降低系统开销和内存占用

2、外部调用不使用new关键字,降低系统内存的使用频率

3、对于特殊的类,在系统中只能存在一个实例,否则系统无法正常运行,比如Controller

实现方式

这里简单介绍两种实现方式

饿汉式(线程安全)

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 12:07
 * @description: 单例模式(饿汉式)
 **/
public class Singleton {
    //创建实例
    private static Singleton instance = new Singleton();
 
    //私有构造器
    private Singleton(){
    }
 
    //获取实例的静态方法
    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
 
}

实例对象在类被加载的时候就已经完成初始化,外界调用拿到的都是这个唯一的实例对象

懒汉式

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 12:22
 * @description: 单例模式(懒汉式)
 **/
public class Singleton {
    //声明一个变量
    private static Singleton instance;
 
    //私有构造器
    private Singleton(){
    }
 
    //获取实例的静态方法
    public static Singleton getInstance(){
        //如果是首次调用,实例对象还没有被创建,就需要创建,否则都是返回已经创建过的那个对象
        if (instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
 
}

对比饿汉式可见,实例对象在类被加载的时候并没有进行创建,在首次调用的时候才被创建,以后再被调用,返回的也是那个唯一的实例对象。

在多线程情况下,这种写法存在线程安全问题,比如:线程A在执行完if判断条件后进入阻塞状态,此时并没有进行对象创建,此时线程B来了,在执行完if条件后直接进行对象创建,等线程A恢复运行状态后也会进行对象创建,这个时候就不符合单例模式了,即出现了线程不安全的问题。

解决方案:在获取实例的静态方法上加synchronized关键字,即加锁

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 12:22
 * @description: 单例模式(懒汉式)
 **/
public class Singleton {
    //声明一个变量
    private static Singleton instance;
 
    //私有构造器
    private Singleton(){
    }
 
    //获取实例的静态方法
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        //如果是首次调用,实例对象还没有被创建,就需要创建,否则都是返回已经创建过的那个对象
        if (instance == null){
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
 
}

简单粗暴,可达到我们的目的,但是每次获取实例对象都要有加锁操作,影响系统性能。

改进后的方案:双重检查

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 12:22
 * @description: 单例模式(懒汉式)
 **/
public class Singleton {
    //声明一个变量
    private static Singleton instance;
 
    //私有构造器
    private Singleton(){
    }
 
    //获取实例的静态方法
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        //第一次检查
        if (instance == null){
            //获取锁
            synchronized (Singleton.class){
                //第二次检查
                if (instance==null){
                    //两次检查都确定没有已存在的实例对象,这才进行对象的创建操作
                    instance = new Singleton();
                }
            }
            
        }
        return instance;
    }
 
}

这样不必每次获取实例对象的时候都进行加锁操作,只有在第一次创建对象的时候才进行加锁操作,提高了系统性能。

但是,即使这样有可能会出现。因为 instance = new Singleton()这行代码在JVM中是两个操作,赋值和初始化实例,但JVM并不保证这两个操作的顺序,有可能JVM给新对象分配了空间,直接赋值给instance变量,然后才去做初始化实例操作。比如下面这种情况

1,A,B两个线程都进入第一个if条件

2,A线程先抢到锁进入到synchronized代码块,执行了instance = new Singleton()这行代码,然后释放锁,此时有可能JVM只给实例对象分配了空白的内存空间,并没有执行初始化操作

3,B线程抢到锁,进入到synchronized代码块,第二次判断的时候发现instance不是null,直接返回使用却发现得到的对象还没有被初始化,于是出现了问题。

再次改进:使用volatile关键字修饰声明的成员变量instance

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 12:22
 * @description: 单例模式(懒汉式)
 **/
public class Singleton {
    //声明变量,被volatile修饰
    private volatile static Singleton instance;
 
    //私有构造器
    private Singleton(){
    }
 
    //获取实例的静态方法
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        //第一次检查
        if (instance == null){
            //获取锁
            synchronized (Singleton.class){
                //第二次检查
                if (instance==null){
                    //两次检查都确定没有已存在的实例对象,这才进行对象的创建操作
                    instance = new Singleton();
                }
            }
 
        }
        return instance;
    }
 
}

volatile关键字作用:通过volatile修饰的变量,不会被线程本地缓存,所有线程对该对象的读写都会第一时间同步到主内存,从而保证多个线程间该对象的准确性。

这个写法已经比较完美了,既能保证安全的创建出唯一实例,又不会对系统性能有太大影响。

不过,还有更优的写法:静态内部类实现

​
/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 15:17
 * @description: 单例模式
 **/
public class Singleton {
 
    //私有构造器
    private Singleton() {
    }
 
    //静态内部类声明实例
    private static class SingletonFactory{
        private static Singleton instance = new Singleton();
    }
 
    //获取实例的静态方法
    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonFactory.instance;
    }
    
}
 
​

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()方法的时候,JVM能够保证创建出唯一的实例对象,并且这个实例对象是已经被初始化完成的,就解决了上面的线程安全问题

最后一种实现单例的写法也很完美,代码最简洁

通过枚举

/**
 * @author: xuzhilei6656
 * @create: 2021-12-12 15:33
 * @description: 单例模式
 **/
public enum Singleton {
 
    //代表一个Singleton实例
    INSTANCE;
}

通过枚举来实现单实例代码更加简洁,而且JVM从根本上保证实例对象的唯一性,是更简洁、高效、安全的实现单例的方式 

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