<JavaEE> 经典设计模式之 -- 单例模式(“饿汉模式”和“懒汉模式”实现单例模式)

目录

一、单例模式概述

二、“饿汉模式”实现单例模式

三、“懒汉模式”实现单例模式

3.1 单线程下的“懒汉模式”

3.2 多线程下的“懒汉模式”


一、单例模式概述

1)什么是单例模式?

单例模式是一种设计模式。

单例模式可以保证某个类在程序中只存在唯一实例,即不允许创建多份实例。

使用单例模式,上述要求就得到了检查和校验。

2)单例模式的实现形式

单例模式可以通过很多种方法实现,“饿汉模式”和“懒汉模式”是其中最基础的两种,本文只介绍这两种实现。

二、“饿汉模式”实现单例模式

通过代码演示“饿汉模式”实现的单例模式:

class Singleton{//新建一个唯一实例;private static Singleton instance = new Singleton();//方法返回唯一实例;public static Singleton getInstance() {return instance;}//将构造方法私有化;private Singleton() { }
}
1)上述代码做了什么?

创建了一个被 static 修饰的实例,这个实例成为了类属性。类对象只会有一个,这个类属性也只会有一个。

私有化构造方法,外部无法 new 新的实例,只能通过 get 方法获取唯一的那一个 instance。
2)为什么叫做“饿汉模式”?

上述代码中,实例是类属性。类属性在类加载的时候就创建了,创建时机早,十分“迫切”,因此称为“饿汉模式”。

代码证明“饿汉模式”返回的实例是唯一的:

public class Singleton_Demo0 {public static void main(String[] args) {//想直接new对象,就会报错;//Singleton instance = new Singleton();//两次调用getInstance()方法并分别赋值;Singleton instance1 = Singleton.getInstance();Singleton instance2 = Singleton.getInstance();//对比两个变量,发现是同一实例;if(instance1 == instance2){System.out.println("两个对象是同一个对象");}}
}//运行结果:
两个对象是同一个实例
3)“饿汉模式”的单例模式在多线程下是线程安全的吗?

上述代码中,get 方法返回的是已经创建好的实例,这个操作本质上只是一个“读操作”,多个线程读取同一个变量并不会造成线程不安全。

因此“饿汉模式”的单例模式在多线程下是线程安全的。

三、“懒汉模式”实现单例模式

3.1 单线程下的“懒汉模式”

通过代码演示懒汉模式现的单例模式:

class Singleton{//声明一个变量作为类属性;private static Singleton instance = null;//判断变量是否为null,是则创建实例后返回,否则返回;public static Singleton getInstance() {if(instance == null){instance = new Singleton();}return instance;}//将构造方法私有化;private Singleton() { }
}
1)上述代码做了什么?

声明了一个类属性。类对象只会有一个,这个类属性也只会有一个。

私有化构造方法,外部无法 new 新的实例,只能通过 get 方法获取唯一的那一个 instance。
get 方法中根据变量是否为 null 判断是否应该创建实例。
2)为什么叫做“懒汉模式”?

上述代码中,实例是在程序员第一次调用 get 方法后才创建的,创建时机较晚,或者根本不用创建,因此称为“懒汉模式”。

3.2 多线程下的“懒汉模式”

1)单线程下的“懒汉模式”在多线程下是线程安全的吗?

答案是否定的,单线程下的“懒汉模式”在多线程下是线程不安全的,我们可以从以下两个方面分析:

“原子性”:

上述代码中判断变量是否为空的代码 —— if(instance == null),和实例化代码 —— 

instance = new Singleton(),并非是“原子”的。在多线程环境下,这就可能导致线程不安全。

可以使用 synchronized 关键字,将这两句代码加锁,解决这个问题。

内存可见性和指令重排序:

因为 instance 是一个被 static 修饰的共享数据,而且编译器内部可能对实例化的代码 —— new Singleton(),进行了编译器优化。

这就无法保证内存的可见性和指令的顺序执行,因此在多线程环境下可能导致线程不安全。

可以使用 volatile 关键字,对共享数据 instance 进行修饰,解决这个问题。

使用以上两个关键字的原因和方式,详细请参考以下博客:

阅读指针 -> 《synchronized 关键字 和 volatile 关键字》<JavaEE> synchronized关键字和锁机制 -- 锁的特点、锁的使用、锁竞争和死锁、死锁的解决方法-CSDN博客文章浏览阅读70次。介绍了 synchronized 关键字 和 锁机制,其中重点介绍了锁的特点、使用方法和死锁的相关内容。https://blog.csdn.net/zzy734437202/article/details/134742168<JavaEE> volatile关键字 -- 保证内存可见性、禁止指令重排序-CSDN博客文章浏览阅读59次。简单介绍什么是内存可见性和指令重排序。volatile关键字可以将这两种编译器优化强制关闭。https://blog.csdn.net/zzy734437202/article/details/134757070

2)“懒汉模式”在多线程下应该怎么编写?

根据上述分析,根据单线程模式下的“懒汉模式”进行改进。

方法如下:

增加 volatile 关键字对共享数据进行修饰。

为判断是否为 null 和 实例化的代码加锁,使这两句代码称为“原子”。

增加 volatile 关键字对共享数据进行修饰:

private volatile static Singleton instance = null;

为判断是否为 null 和 实例化的代码加锁,使这两句代码称为“原子”:

    public static Singleton getInstance() {synchronized (locker){if(instance == null){instance = new Singleton();}}return instance;}
3)“双重校验锁”

我们再仔细分析一下上述的 get 方法。

假设程序需要多次调用这个 get 方法,那么每一次进入都会进行加锁,加锁是会增加系统开销的。

那么是否真的有必要每次都加锁呢?

当 get 方法被第一次调用,实例就会被创建,那么后续再调用这个 get 方法时,返回实例就好了,加锁部分的代码块,完全可以不用执行。

在加锁的代码块之外,再增加一个if(instance == null)进行判断,那么实例在被创建之后,也就不会再进入加锁的代码块中了。

我们成功利用“双重校验锁”,优化了程序。

代码演示“双重校验锁”优化后的 get 方法:

    public static Singleton getInstance() {//这个if用于判断是否需要加锁;if(instance == null){synchronized (locker){//这个if用于判断是否需要新建实例;if(instance == null){instance = new Singleton();}}}return instance;}

经过以上的完善和优化,我们终于可以写出在多线程下保证线程安全的“懒汉模式”单例模式了:

class Singleton{//声明一个变量作为类属性;private volatile static Singleton instance = null;private static final Object locker = new Object();//判断变量是否为null,是则创建实例后返回,否则返回;public static Singleton getInstance() {//这个if用于判断是否需要加锁;if(instance == null){synchronized (locker){//这个if用于判断是否需要新建实例;if(instance == null){instance = new Singleton();}}}return instance;}//将构造方法私有化;private Singleton() { }
}

阅读指针 -> 《经典设计模式之 -- 使用阻塞队列实现“生产者-消费者模型”》

<JavaEE> 经典设计模式之 -- 使用阻塞队列实现“生产者-消费者模型”-CSDN博客自己实现了的阻塞队列,介绍了经典的设计模式“生产者-消费者模型”。https://blog.csdn.net/zzy734437202/article/details/134807241

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