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【单例模式】

🕗 发布于 2024-10-07 19:11 单例模式  

单例模式是指在内存中只会创建且仅创建一次对象的设计模式。

一、实现方式

1. 饿汉式

 在类加载的时候就创建实例，无论是否使用，实例都会被创建。优点是实现简单，线程安全。缺点是可能造成资源浪费，而程序可能不一定会使用这个实例。

代码示例：

public class Singleton {
    //创建实例,并且用static保证实例唯一
    private static final Singleton instance = new Singleton();
   
    //把构造方法设置为private,在类外就无法通过new的方式来创建Singleton实例
    private Singleton() {}
    
    //获取实例
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}


2. 懒汉式写法

public class Singleton {
    private static Singleton instance = null;

    private Singleton() {}

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

说明：在第一次调用获取实例方法时才创建实例。

思考：上述写的饿汉模式懒汉模式，在多线程环境中是否安全呢？为什么？

分析饿汉模式：

饿汉模式，只涉及到读操作，因此，在多线程环境中是线程安全的。

分析懒汉模式：

懒汉模式，涉及到了读和写操作，会出现脏读的情况，因此，懒汉模式不是线程安全的。 

如图所示：

通过加锁改进刚才代码：

public class Singleton {
    private static Singleton instance = null;

    private Singleton() {

    }

    public static Singleton getInstance() {
        synchronized (Singleton.class) {
            if (instance == null) {
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

说明如下图所示:

刚才代码还有缺陷：分析代码：

public static Singleton getInstance() {
        synchronized (Singleton.class) {
            if (instance == null) {
                instance = new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }

思考： 

如果每次调用getInstance方法的时候，都会进行加锁操作，加锁操作是有性能开销的，真的需要每次都进行加锁吗？

分析：这里的加锁在new出对象之前加上是有必要的，但是，一旦对象new完了，后续调用getInstance方法，此时instance的值一定是非空的，就会触发return。

解决方案：加上一个条件判断，如果对象没有创建才加锁，否则就return。

代码示例：

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;
    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        //这个条件判断的作用是：是否要加锁
        if (instance == null) {  
            synchronized (Singleton.class) {
                
                //这个条件判断的作用是：是否要创建对象
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

你以为就完了吗？

上述代码当中还存在内存可见性和指令重排序的问题。

分析：假设现在有很多线程去调用getInstance方法，只有第一次读的时候才去读内存，后续都是读寄存器或者缓存（此时有如果发生了写操作，其他线程，或者处理器是感知不到的）就会发生内存可见性问题。

指令重排序问题本质上就是编译器或者处理器优化。

instance = new Singleton()；这条语句拆分成三个步骤：

1：申请内存空间

2：调用构造方法，把这个内存空间初始化成一个合理的对象

3： 把内存空间的地址赋值给instance引用

 在正常情况下是按照 1 2 3这个顺序去执行，此时此刻，编译器为了提高程序的执行效率，有可能把这个1 2 3 的执行顺序优化成 1 3 2或者其他情况。

如图所示：

 volatile来解决内存可见性和指令重排序问题：

代码示例：

public class Singleton {
   
    //volatile来解决内存可见性和指令重排序问题
    //static实例唯一,共享
    private static volatile Singleton instance;
    
    //禁止外部new对象
    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        //这个条件判断的作用是：是否要加锁
        if (instance == null) {  
            synchronized (Singleton.class) {
                
                //这个条件判断的作用是：是否要创建对象
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}


3. 静态内部类方式

利用类加载机制实现延迟加载，只有在调用获取实例的方法时，才会加载静态内部类，从而创建实例。线程安全，并且实现简单高效。

public class Singleton {
    private Singleton() {}

    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

4. 枚举方式

简洁且线程安全。

public enum SingletonEnum {
    INSTANCE;

    public void doSomething() {
        // 具体方法实现
    }
}

 

二、单例模式的优点

1. 减少系统资源开销：避免了频繁创建和销毁对象带来的资源浪费。

2. 保证对象的唯一性：确保在整个应用程序中只有一个实例存在，方便对这个实例进行统一的管理和控制。

3. 方便资源访问：提供了一个全局访问点，可以方便地获取这个唯一的实例，而不需要在多个地方传递实例对象。

三、单例模式的使用场景

1. 日志记录器：通常整个应用程序只需要一个日志记录器实例，以确保所有的日志信息都被记录到同一个地方。

2. 数据库连接池：管理数据库连接，避免频繁地创建和销毁连接，提高性能。

3. 配置文件读取：应用程序通常只需要一个配置文件读取实例，以确保配置信息的一致性。


 


原文地址：https://blog.csdn.net/C384136844/article/details/142416435

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