单例模式

2017-02-03 本文已影响46人小鱼嘻嘻

单例模式介绍

把单例模式放到多线程基础这块，是因为单例和多线程有一点的关系。
何为单例模式？

在它的核心结构中只包含一个被称为单例的特殊类。通过单例模式可以保证系统中一个类只有一个实例 ----来自百科

大白话就是构造方法私有，在整个过程中只有一个实例对象。

单例demo

1 懒汉式

package com.yuxi;

/**
 * Created by yuxi on 17/2/3.
 */
public class LazySingle {
    //懒汉式
    private LazySingle() {
    }

    private static LazySingle lazySingle;

    //当在多线程的环境下会有线程安全问题。
    public static  LazySingle getInstance() {
        if (lazySingle == null) {
            lazySingle =  new LazySingle();
        }
        return lazySingle;
    }
}

来看一下在多线程的环境下的测试:

package com.yuxi;

/**
 * Created by yuxi on 17/2/3.
 */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            new Thread(new Runnable() {
                public void run() {
                    LazySingle lazySingle = LazySingle.getInstance();
                    System.out.println(lazySingle);
                }
            }).start();
        }
    }
}

测试结果为：

com.yuxi.LazySingle@503f0b70
com.yuxi.LazySingle@486f8860
com.yuxi.LazySingle@1aeeb406
com.yuxi.LazySingle@3cd16610
com.yuxi.LazySingle@642423ad
com.yuxi.LazySingle@25e4e6db
com.yuxi.LazySingle@39556aec
com.yuxi.LazySingle@174487c8
com.yuxi.LazySingle@65de41c3
com.yuxi.LazySingle@62af9d74
com.yuxi.LazySingle@7d23b9c1
com.yuxi.LazySingle@34786e16
com.yuxi.LazySingle@7d6bb63e
com.yuxi.LazySingle@2a89e0c6
com.yuxi.LazySingle@3f9302fb
com.yuxi.LazySingle@4ca8cd58
com.yuxi.LazySingle@68e1ca74
com.yuxi.LazySingle@66a75004
com.yuxi.LazySingle@72766b42
com.yuxi.LazySingle@591c5342
com.yuxi.LazySingle@529e3fc2
com.yuxi.LazySingle@6d15a113
com.yuxi.LazySingle@7c163769
com.yuxi.LazySingle@4b90690e
com.yuxi.LazySingle@1664978b
com.yuxi.LazySingle@402c3549
com.yuxi.LazySingle@1127a1d8
com.yuxi.LazySingle@40f274b4
com.yuxi.LazySingle@11ace672
com.yuxi.LazySingle@6e4d4f6e
com.yuxi.LazySingle@4be07f4b
com.yuxi.LazySingle@7fc53bd7
com.yuxi.LazySingle@19a072a6
com.yuxi.LazySingle@74c6fd6e
com.yuxi.LazySingle@70d18a80
com.yuxi.LazySingle@4cdc135d
com.yuxi.LazySingle@751d3ec8
com.yuxi.LazySingle@6b5914f3
com.yuxi.LazySingle@58fe210a
com.yuxi.LazySingle@4f0105c1
com.yuxi.LazySingle@4c20ea6c
com.yuxi.LazySingle@72213339
com.yuxi.LazySingle@61aa1db8
com.yuxi.LazySingle@1d7e8c5b
com.yuxi.LazySingle@5f30b97d
com.yuxi.LazySingle@2d355a47
com.yuxi.LazySingle@544d8040
com.yuxi.LazySingle@2c1f14fd
com.yuxi.LazySingle@77feb2ea
com.yuxi.LazySingle@570c16b7
com.yuxi.LazySingle@5aa77506
com.yuxi.LazySingle@7192efd
com.yuxi.LazySingle@7bc7956b
com.yuxi.LazySingle@66780515
com.yuxi.LazySingle@4e967893
com.yuxi.LazySingle@78c62333
com.yuxi.LazySingle@245102ff
com.yuxi.LazySingle@e28099
com.yuxi.LazySingle@1668bd43
com.yuxi.LazySingle@59c527be
com.yuxi.LazySingle@1eb458fd
com.yuxi.LazySingle@46b7bc80
com.yuxi.LazySingle@5954100e
com.yuxi.LazySingle@1dea34f3
com.yuxi.LazySingle@4769baee
com.yuxi.LazySingle@6e6f83e2
com.yuxi.LazySingle@6322be0b
com.yuxi.LazySingle@7deaf705
com.yuxi.LazySingle@24e7cb66
com.yuxi.LazySingle@2e6a54f9
com.yuxi.LazySingle@a4aad7f
com.yuxi.LazySingle@2cc47220
com.yuxi.LazySingle@136e2b70
com.yuxi.LazySingle@12bc8f01
com.yuxi.LazySingle@39c931fb
com.yuxi.LazySingle@47f07360
com.yuxi.LazySingle@2f36d2ed
com.yuxi.LazySingle@2647e53a
com.yuxi.LazySingle@3a1a5678
com.yuxi.LazySingle@31ddeda2
com.yuxi.LazySingle@5be9d36
com.yuxi.LazySingle@2543472c
com.yuxi.LazySingle@4674d22e
com.yuxi.LazySingle@1f92ee25
com.yuxi.LazySingle@2fdb3aac
com.yuxi.LazySingle@61e90abf
com.yuxi.LazySingle@2a46b75b
com.yuxi.LazySingle@8afcd0c
com.yuxi.LazySingle@14ed3007
com.yuxi.LazySingle@5fec264c
com.yuxi.LazySingle@21b6484c
com.yuxi.LazySingle@464486de
com.yuxi.LazySingle@787db430
com.yuxi.LazySingle@4c0f91d
com.yuxi.LazySingle@40f92a41
com.yuxi.LazySingle@412798c1
com.yuxi.LazySingle@e9dc852
com.yuxi.LazySingle@63ff3510
com.yuxi.LazySingle@7f4e0ba
com.yuxi.LazySingle@3088890d

可以看到多个线程创建的并不是一个实例，所有说并没有达到单例的效果，原因是因为LazySingle是成员变量，属于共享资源，存在多线程安全问题，解决问题的方法也很简单，我们可以采用synchronized。
看一下加锁之后的代码：

package com.yuxi;

/**
 * Created by yuxi on 17/2/3.
 */
public class LazySingle {
    //懒汉式
    private LazySingle() {
    }

    private static LazySingle lazySingle;

    //当在多线程的环境下会有线程安全问题。
    public synchronized static LazySingle getInstance() {
        if (lazySingle == null) {
            lazySingle = new LazySingle();
        }
        return lazySingle;
    }
}

结果是：

com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a
com.yuxi.LazySingle@6221a86a

上面的方案看似很好，其实最主要的是synchronized存在巨大的资源消耗，有没有可以更巧妙一点的办法呢？

2 double-checked
也就是双重检锁，希望通过双重检锁来降低synchronized的开销。

package com.yuxi;

/**
 * Created by yuxi on 17/2/3.
 */
public class DoubleChecked {
    private static DoubleChecked doubleChecked;

    private DoubleChecked() {
    }

    public static DoubleChecked getInstance() {
        if (doubleChecked == null) {//第一次检查
            synchronized (DoubleChecked.class) {//加锁
                if (doubleChecked == null) {//再次检查
                    doubleChecked = new DoubleChecked();//创建对象,问题的根源
                }
            }
        }
        return doubleChecked;
    }
}

双重检锁看起来似乎很完美，其实这是一个错误的优化。在线程执行到第一次检锁的时候，代码读取到的doubleChecked不为null时，doubleChecked引用的对象有可能没有完成初始化。
问题的根源是：
doubleChecked = new DoubleChecked();这一行代码可以分解为如下三步：

memory = allocate();//1 分配对象的内存空间
ctorInstance(memory);//2 初始化对象
instance = memory;// 3 设置instance指向刚才分配的内存空间

需要注意的是上面的2和3可能会被指令重排序，如果发生指令重排序之后：

memory = allocate();//1 分配对象的内存空间
instance = memory;// 3 设置instance指向刚才分配的内存空间这个时候对象还没有初始化
ctorInstance(memory);//2 初始化对象

如果发生了指令重排序，也就是3比2先执行，我们来分析一种情况：
假如有两个线程A和B，线程A发生指令重排序也就是3比2先执行，当线程A执行到3时，线程B刚好来访问 if (doubleChecked == null) ，这个时候线程B得到的是不为null,线程B将访问instance对象引用，实际上线程A此时并没有完成对象的初始化也就是2还没有执行，此时线程B拿到的就是一个没有初始化的对象。

那么我们应该怎么解决这个问题呢？

禁止指令重排序
保证可见性

首先我们来采用保证可见性来解决这个问题，保证可见性我们能想到的就是volatile了。
来看实例：

package com.yuxi;

/**
 * Created by yuxi on 17/2/3.
 */
public class DoubleCheckedVolatile {
    //加上volatile可以保证可见性,也就是说线程a对doubleChecked操作对线程b来说是可见的
    //volatile的本质还是禁止指令重排序
    private  volatile static DoubleCheckedVolatile doubleChecked;

    private DoubleCheckedVolatile() {
    }

    public static DoubleCheckedVolatile getInstance() {
        if (doubleChecked == null) {//第一次检查
            synchronized (DoubleCheckedVolatile.class) {//加锁
                if (doubleChecked == null) {//再次检查
                    doubleChecked = new DoubleCheckedVolatile();//创建对象,问题的根源
                }
            }
        }
        return doubleChecked;
    }
}

3 静态内部类
这个是常用的构造单例的方式。

package com.yuxi;

/**
 * Created by yuxi on 17/2/3.
 */
public class InnerInstance {
    public static class HoldInstance {
        private static InnerInstance innerInstance = new InnerInstance();
    }

    public static InnerInstance getInstance() {
        return HoldInstance.innerInstance;
    }
}

4 枚举
枚举也是一个很不错的方法，只是很少用而已，来源于《Effective Java》。
直接看例子

package com.yuxi;

/**
 * Created by yuxi on 17/2/3.
 */
public enum Enum {
    INSTANCE;

    public void leavelTheBuilding() {

    }
}

5 饿汉式

package com.yuxi;

/**
 * Created by yuxi on 17/2/3.
 */
public class Hangry {
    private static Hangry hangry = new Hangry();

    private Hangry() {
    }


    public static Hangry getIntance() {
        return hangry;
    }
}

这个很简单，不过这个不能达到延迟加载的目的，所有这个基本不怎么使用。

单例模式

单例模式介绍

单例demo

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