每天一个设计模式(7):单例模式
7.单例模式
一. 定义
单例对象(Singleton)也叫单件模式,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(即只可以创建一个对象),并提供一个全局访问点。单件模式通过利用延时实例化的方式来创建单例,这种做法对资源敏感的对象特别重要,故常常被用来管理共享的资源,例如数据库连接或者线程池。
单件模式的实现是通过private构造函数,类中含有一个静态方法getInstance(),调用这个方法可以创建并返回唯一的对象,也可能返回的是已经创建好的对象。
二. UML关系图
三. 优点
- 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。
- 省去了new操作符,降低了系统内存的使用频率,减轻GC压力。
- 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。
- 虽然全局变量基本上是对对象的静态引用,但是全局变量要在一开始就创建(不能延时实例化),容易造成资源浪费;另外,全局变量虽可提供全局访问,但不能确保只有一个实例,而单例模式可以确保类只有一个实例并提供全局访问。
四. 实现代码
首先写一个简单的单例类:
public class Singleton { /* 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 */ private static Singleton instance = null; /* 私有构造方法,防止被实例化 */ private Singleton() { } /* 静态工程方法,创建实例 */ public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } /* 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 */ public Object readResolve() { return instance; } }
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。为了解决同步问题,我们可以对getInstance方法加synchronized关键字,如下所示:
public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; }
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,如上做法是不合适的,那我们可以将synchronized关键字加在类的内部,如下所示:
public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { synchronized (instance) { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } } } return instance; }
如上代码似乎解决了之前提到的问题,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、B线程同时进入了第一个if判断
- A首先进入synchronized块,由于instance为null,所以它执行instance = new Singleton();
- 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。
- 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。
- 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。
我们还需要对程序做进一步优化,如下所示:
private static class SingletonFactory{ private static Singleton instance = new Singleton(); } public static Singleton getInstance(){ return SingletonFactory.instance; }
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:
/*相对完美的单例模式*/ public class Singleton { private Singleton() {/* 私有构造方法,防止被实例化 */ } private static class SingletonFactory {/* 此处使用一个内部类来维护单例 */ private static Singleton instance = new Singleton(); } public static Singleton getInstance() {/* 获取实例 */ return SingletonFactory.instance; } public Object readResolve() {/* 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 */ return getInstance(); } }
其实说它完美,也不一定,如果在构造函数中抛出异常,实例将永远得不到创建,也会出错。所以说,十分完美的东西是没有的,我们只能根据实际情况,选择最适合自己应用场景的实现方法。
另外,还可以利用枚举来实现单例模式在Java中,为了强制只实例化一个对象,最好的方法是使用一个枚举量。
这里有几个原因关于为什么在Java中宁愿使用一个枚举量来实现单例模式:
- 自由序列化;
- 保证只有一个实例(即使使用反射机制也无法多次实例化一个枚举量);
- 线程安全;
/** * Singleton pattern example using Java Enumj */ public enum EasySingleton{ INSTANCE; }
代码就这么简单,你可以使用EasySingleton.INSTANCE调用它,比起你在单例中调用getInstance()方法容易多了。
参考:《Head Frist 设计模式》
- 艺术般的波浪点击反馈效果
- 如何在 Linux 上录制你的终端操作
- Linux 下载与安装MongoDB
- <s:iterator>的status属性
- C++ 控制台窗口隐藏及其代码 【网上摘抄,方便查询】
- struts2中<s:select>标签的使用
- wordpress——在插件后台管理页面中添加javascript和ajax
- SQLSERVER:通过sys.tables实现批量删表、快速统计多表记录和
- VB程序学习代码记录20160723(2)
- MSM8976平台概述
- 深入Android MediaPlayer的使用方法详解
- Commons IO 用法举例
- centos6.5_x86_64 下 nginx 1.10.1、php7 安装记录
- 算法学习(数据结构)-程序员必回
- 经典算法面试题目-判断两个字符串是否是变位词(1.4)
- 57.Automatic Shared Memory Management is disabled for your database instance. You realize that there
- 经典算法面试题目-判断两个字符串是否是变位词(1.4)
- WordPress 取消上传2M限制
- netty对http协议解析原理(一)
- studio编译.SO和使用