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Java单例模式之总有你想不到的知识

来源：互联网 收集：自由互联 发布时间：2022-08-15
文章目录 Java单例模式 单例模式是Java中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建 对象的最佳方式 单例模式确保在一个应用程序中某一个类只有

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Java单例模式

单例模式是Java中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建 对象的最佳方式

单例模式确保在一个应用程序中某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例 单例实例。

满足条件

单例模式只应在有真正的“单一实例”的需求时才可使用：

  • 单例类只能有一个实例
  • 单例类必须自己创建自己的唯一实例
  • 单例类必须给所有其他对象提供这一实例

    • 两种形式

    Java中实现单例模式可以通过两种形式实现：

    • 懒汉模式 (类加载时不初始化)
    • 饿汉模式 (在类加载时就完成了初始化，所以类加载较慢，但获取对象的速度快)

    设计要求

    编写单例必须满足下面的条件：

  • 构造方法变成私有
  • 提供一个静态方法获取单实例对象

    • 饿汉模式

    饿汉模式基于classloader机制避免了多线程的同步问题(静态初始化将保证在任何线程能够访问到域之前初始化它)，不过，instance在类装载时就实例化，这时候初始化instance显然没有达到懒加载（lazy loading）的效果

    饿汉单例相对比较容易理解，一般表现为以下两种形式：

    package com.shixun.design.singleton;

    public class Singleton1 {
    private static Singleton1 instance = new Singleton1();

    // 私有构造方法，保证外界无法直接实例化。
    private Singleton1(){
    }
    // 通过公有的静态方法获取对象实例
    public static Singleton1 getInstance(){
    return instance;
    }
    }

    也可以将静态对象初始化放在静态代码块中

    package com.shixun.design.singleton;

    public class Singleton2 {
    private static Singleton2 instance = null;
    // 对象初始化放在静态代码块中
    static {
    instance = new Singleton2();
    }
    // 私有构造方法，保证外界无法直接实例化。
    private Singleton2(){
    }

    // 通过公有的静态方法获取对象实例
    public static Singleton2 getInstance(){
    return instance;
    }
    }

    懒汉方式

    实现单例模式能够提高类加载性能，但是和饿汉模式借助与JVM的类加载内部同步机制实现了线程安全不同，需要在延迟加载时注意单例实例的线程安全性，如果简单粗暴的实现，在多线程环境中将引起运行异常。

    例如下面代码将引起运行异常：

    package com.shixun.design.singleton;

    public class Singleton3 {
    private static Singleton3 instance;

    private Singleton3(){
    }

    public static Singleton3 getInstance(){
    if (instance == null) {
    instance = new Singleton3();
    }
    return instance;
    }
    }

    上述代码多线程同时访问时可能会产生多个示例，甚至会破坏实例，违背单例的设计原则

    用下面代码也能测试出来：

    package com.shixun.design.singleton;

    public class SingletonTest implements Runnable{
    @Override
    public void run(){
    Singleton3 singleton3 =Singleton3.getInstance();
    System.out.println(singleton3);
    }

    public static void main(String[] args){
    for (int i=0;i<10;i++){
    SingletonTest myThread = new SingletonTest();
    Thread thread = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
    Thread thread2 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
    Thread thread3 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
    thread.start();
    thread2.start();
    thread3.start();
    }
    }
    }

    Java单例模式之总有你想不到的知识_初始化

    懒汉式多线程解决方案

    synchronized

    可以为返回单例实例的方法设置同步用来保证线程安全性

    package com.shixun.design.singleton;

    public class Singleton4 {
    private static Singleton4 instance;

    private Singleton4(){
    }

    public synchronized static Singleton4 getInstance(){
    if (instance == null) {
    instance = new Singleton4();
    }
    return instance;
    }
    }

    这种写法能够在多线程中很好的工作，而且看起来它也具备很好的懒加载（lazy loading），但遗憾的是，由于整个方法被同步，因此效率相对较低

    双检查锁方式

    使用双检查锁需要进行两次instance == null的判断

    • 第一次判断没有锁，如果install不为null直接返回单实例对象，提高效率
    • 第二次判断防止多线程创建多个实例，假如A和B 两个线程同时争抢synchronized锁，A先争抢到锁，B 等待，A线程instance赋值实例化对象，释放锁，B线程获取到到锁，如果没有第二次判断的话，直接又会创建对象，那么就不符合单例要求

    并且还需要为这个静态对象加上volatile关键字， volatile在这里的作用是：通知其他线程及时更新变量；保证有序性，禁止指令重排序。

    通知其他线程及时更新变量还简单明了，第二个作用是这样的，我们举例说明一下：

    原因举例说明: 在执行instance = new Singleton()语句时，一共是有三步操作的。

  • 堆中分配内存
  • 调用构造方法进行初始化
  • 将instance引用指向内存地址。

    • 在这三步有可能会产生指令重排序即有两种结果可能产生： 123与132(不管怎么重排序，单线程程序 的执行结果不会改变)

    如果A线程执行到 ​​instance = new Singleton()​​ ，此时2 ，3发生重排序，选执行3，则instance已经不为 null，但是指向的对象还未初始化完成，如果此时B对象判断instance 不为null就会直接返回一个未初始 化完成的对象。

    双检查锁方式代码如下：

    package com.shixun.design.singleton;

    public class Singleton5 {
    private volatile static Singleton5 instance;

    private Singleton5(){
    }

    // 使用双检查锁方式
    public static Singleton5 getInstance(){
    if (instance == null) {
    synchronized(Singleton5.class){
    if(instance == null){
    instance = new Singleton5();
    }
    }
    }
    return instance;
    }
    }

    再测一下，没有问题：

    package com.shixun.design.singleton;

    public class SingletonTest implements Runnable{
    @Override
    public void run(){
    Singleton5 singleton5 =Singleton5.getInstance();
    System.out.println(singleton5);
    }

    public static void main(String[] args){
    for (int i=0;i<10;i++){
    SingletonTest myThread = new SingletonTest();
    Thread thread = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
    Thread thread2 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
    Thread thread3 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
    Thread thread4 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
    Thread thread5 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
    thread.start();
    thread2.start();
    thread3.start();
    thread4.start();
    thread5.start();
    }
    }
    }

    Java单例模式之总有你想不到的知识_多线程_02

    静态内部类

    之前提到了，静态初始化将在实例被任何线程访问到之前对其进行初始化，因此，可以借助于这个特性对懒汉单例进行改造：

    静态内部类加载机制：使用时候才被加载，而且多线程情况下， classloader能够保证只加载一份字节码

    代码如下：

    package com.shixun.design.singleton;

    public class Singleton6 {

    private static class SingletonHolder {
    private final static Singleton6 Instance = new Singleton6();
    }

    private Singleton6(){
    }

    public static final Singleton6 getInstance(){
    return SingletonHolder.Instance;
    }

    public void say(){
    System.out.println("调用了say方法");
    }

    public static void sayHello(){
    System.out.println("调用了sayHello方法");
    }

    测试也OK：

    package com.shixun.design.singleton;

    public class SingletonTest implements Runnable{
    @Override
    public void run(){
    Singleton6 singleton6 =Singleton6.getInstance();
    System.out.println(singleton6);
    singleton6.say();
    }

    public static void main(String[] args){
    for (int i=0;i<10;i++){
    SingletonTest myThread = new SingletonTest();
    Thread thread = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
    Thread thread2 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
    Thread thread3 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
    Thread thread4 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
    Thread thread5 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
    thread.start();
    thread2.start();
    thread3.start();
    thread4.start();
    thread5.start();
    }
    }
    }

    Java单例模式之总有你想不到的知识_多线程_03

    枚举（别瞎用）

    JDK1.5之后引入了枚举，由于枚举的特性，可以利用其来实现单例，它不仅能避免多线程同步问 题，而且还能防止反序列化重新创建新的对象(序列化和反序列化后是同一个对象)

    代码如下

    package com.shixun.design.singleton;

    public enum Singleton7 {
    INSTANCE;

    public void say(){
    System.out.println("say ni hello!");
    }
    }

    测试一下：

    package com.shixun.design.singleton;

    public class SingletonTest implements Runnable{
    @Override
    public void run(){
    Singleton7 singleton7 = Singleton7.INSTANCE;
    System.out.println(singleton7.hashCode());
    singleton7.say();
    }

    public static void main(String[] args){
    for (int i=0;i<10;i++){
    SingletonTest myThread = new SingletonTest();
    Thread thread = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
    Thread thread2 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
    Thread thread3 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
    Thread thread4 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
    Thread thread5 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
    thread.start();
    thread2.start();
    thread3.start();
    thread4.start();
    thread5.start();
    }
    }

    /**
    * 生写懒汉式多线程问题
    */
    private static void method01(){
    for (int i=0;i<100;i++){
    SingletonTest myThread = new SingletonTest();
    Thread thread = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
    Thread thread2 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
    Thread thread3 = new Thread(myThread, String.valueOf(i));
    thread.start();
    thread2.start();
    thread3.start();
    }
    }
    }

    Java单例模式之总有你想不到的知识_d3_04

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