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单例模式的几种写法(包含双检锁写法)

分类: 文章 • 2024-11-02 22:49:09

饿汉式单例类

Java代码  单例模式的几种写法(包含双检锁写法)
  1. public class Singleton  
  2. {  
  3.     private Singleton(){  
  4.       
  5.     }  
  6.   
  7.     private static Singleton instance = new Singleton();  
  8.   
  9.     private static Singleton getInstance(){  
  10.         return instance;  
  11.     }  
  12. }  

 饿汉式提前实例化，没有懒汉式中多线程问题，但不管我们是不是调用getInstance()都会存在一个实例在内存中

内部类式单例类

Java代码  单例模式的几种写法(包含双检锁写法)
  1. public class Singleton     
  2. {        
  3.         private Singleton(){     
  4.          
  5.     }     
  6.     
  7.     private class SingletonHoledr{     
  8.         private static Singleton instance = new Singleton();     
  9.     }     
  10.     
  11.     private static Singleton getInstance(){     
  12.         return SingletonHoledr.instance;     
  13.     }     
  14. }   

 

内部类式中，实现了延迟加载，只有我们调用了getInstance(),才会创建唯一的实例到内存中.并且也解决了懒汉式中多线程的问题.解决的方式是利用了Classloader的特性.

 

懒汉式单例类

Java代码  单例模式的几种写法(包含双检锁写法)
  1. public class Singleton     
  2. {        
  3.     private Singleton(){     
  4.     
  5.     }     
  6.     
  7.     private static Singleton instance;     
  8.     public static Singleton getInstance(){     
  9.         if(instance == null){     
  10.             return instance = new Singleton();     
  11.         }else{     
  12.             return instance;     
  13.         }     
  14.     }     
  15. }    

 

在懒汉式中，有线程A和B，当线程A运行到第8行时，跳到线程B，当B也运行到8行时，两个线程的instance都为空，这样就会生成两个实例。解决的办法是同步：

可以同步但是效率不高：

Java代码  单例模式的几种写法(包含双检锁写法)
  1. public class Singleton     
  2. {        
  3.     private Singleton(){     
  4.     
  5.     }     
  6.     
  7.     private static Singleton instance;     
  8.     public static synchronized Singleton getInstance(){     
  9.         if(instance == null){     
  10.             return instance = new Singleton();     
  11.         }else{     
  12.             return instance;     
  13.         }     
  14.     }     
  15. }    

 

这样写程序不会出错，因为整个getInstance是一个整体的"critical section"，但就是效率很不好，因为我们的目的其实只是在第一个初始化instance的时候需要locking(加锁)，而后面取用instance的时候，根本不需要线程同步。 
于是聪明的人们想出了下面的做法：

双检锁写法： 

Java代码  单例模式的几种写法(包含双检锁写法)
  1. public class Singleton{  
  2.   private static Singleton single;    //声明静态的单例对象的变量  
  3.   private Singleton(){}    //私有构造方法   
  4.     
  5.   public static Singleton getSingle(){    //外部通过此方法可以获取对象    
  6.     if(single == null){     
  7.         synchronized (Singleton.class) {   //保证了同一时间只能只能有一个对象访问此同步块        
  8.             if(single == null){      
  9.                 single = new Singleton();          
  10.         }     
  11.       }  
  12.     }    
  13.     return single;   //返回创建好的对象   
  14.   }  
  15. }  

 

 

思路很简单，就是我们只需要同步（synchronize）初始化instance的那部分代码从而使代码既正确又很有效率。 
这就是所谓的“双检锁”机制（顾名思义）。 
很可惜，这样的写法在很多平台和优化编译器上是错误的。 

原因在于：instance = new Singleton()这行代码在不同编译器上的行为是无法预知的。一个优化编译器可以合法地如下实现instance = new Singleton(): 

1. instance  = 给新的实体分配内存 

2. 调用Singleton的构造函数来初始化instance的成员变量 

现在想象一下有线程A和B在调用getInstance，线程A先进入，在执行到步骤1的时候被踢出了cpu。然后线程B进入，B看到的是instance  已经不是null了（内存已经分配），于是它开始放心地使用instance，但这个是错误的，因为在这一时刻，instance的成员变量还都是缺省值，A还没有来得及执行步骤2来完成instance的初始化。 

当然编译器也可以这样实现： 

1. temp = 分配内存 

2. 调用temp的构造函数 

3. instance = temp 

如果编译器的行为是这样的话我们似乎就没有问题了，但事实却不是那么简单，因为我们无法知道某个编译器具体是怎么做的，因为在Java的memory model里对这个问题没有定义。 

双检锁对于基础类型（比如int）适用。很显然吧，因为基础类型没有调用构造函数这一步。


转载地址：http://1028826685.iteye.com/blog/2305551


补充：

1：时间和空间
        比较上面两种写法：懒汉式是典型的时间换空间，也就是每次获取实例都会进行判断，看是否需要创建实例，费判断的时间，当然，如果一直没有人使用的话，那就不会创建实例，节约内存空间。
        饿汉式是典型的空间换时间，当类装载的时候就会创建类实例，不管你用不用，先创建出来，然后每次调用的时候，就不需要再判断了，节省了运行时间。

2：线程安全
（1）从线程安全性上讲，不加同步的懒汉式是线程不安全的，比如说：有两个线程，一个是线程A，一个是线程B，它们同时调用getInstance方法，那就可能导致并发问题。如下示例：

单例模式的几种写法(包含双检锁写法)

 程序继续运行，两个线程都向前走了一步，如下：


单例模式的几种写法(包含双检锁写法) 
 

可能有些朋友会觉得文字描述还是不够直观，再来画个图说明一下，如图4所示：


单例模式的几种写法(包含双检锁写法) 
                                                       图4  懒汉式单例的线程问题示意图

        通过图4的分解描述，明显可以看出，当A、B线程并发的情况下，会创建出两个实例来，也就是单例的控制在并发情况下失效了。


（2）饿汉式是线程安全的，因为虚拟机保证了只会装载一次，在装载类的时候是不会发生并发的。

（3）如何实现懒汉式的线程安全呢？
        当然懒汉式也是可以实现线程安全的，只要加上synchronized即可，如下：

1 public static synchronized Singleton getInstance(){}

         但是这样一来，会降低整个访问的速度，而且每次都要判断，也确实是稍微慢点。那么有没有更好的方式来实现呢？

（4）双重检查加锁
        可以使用“双重检查加锁”的方式来实现，就可以既实现线程安全，又能够使性能不受到大的影响。那么什么是“双重检查加锁”机制呢？
        所谓双重检查加锁机制，指的是：并不是每次进入getInstance方法都需要同步，而是先不同步，进入方法过后，先检查实例是否存在，如果不存在才进入下面的同步块，这是第一重检查。进入同步块过后，再次检查实例是否存在，如果不存在，就在同步的情况下创建一个实例，这是第二重检查。这样一来，就只需要同步一次了，从而减少了多次在同步情况下进行判断所浪费的时间。
        双重检查加锁机制的实现会使用一个关键字volatile，它的意思是：被volatile修饰的变量的值，将不会被本地线程缓存，所有对该变量的读写都是直接操作共享内存,从而确保多个线程能正确的处理该变量。
        注意:在Java1.4及以前版本中，很多JVM对于volatile关键字的实现有问题，会导致双重检查加锁的失败，因此双重检查加锁的机制只能用在Java5及以上的版本。
        看看代码可能会更清楚些，示例代码如下：

01 public class Singleton {
02     
05     private volatile static Singleton instance = null;
06     private Singleton(){    
07     }
08     public static  Singleton getInstance(){
09         //先检查实例是否存在，如果不存在才进入下面的同步块
10         if(instance == null){
11             //同步块，线程安全的创建实例
12             synchronized(Singleton.class){
13                 //再次检查实例是否存在，如果不存在才真的创建实例
14                 if(instance == null){
15                     instance = new Singleton();
16                 }
17             }
18         }
19         return instance;
20     }
21 } 



         这种实现方式既可使实现线程安全的创建实例，又不会对性能造成太大的影响，它只是在第一次创建实例的时候同步，以后就不需要同步了，从而加快运行速度。

         提示：由于volatile关键字可能会屏蔽掉虚拟机中一些必要的代码优化，所以运行效率并不是很高，因此一般建议，没有特别的需要，不要使用。也就是说，虽然可以使用双重加锁机制来实现线程安全的单例，但并不建议大量采用，根据情况来选用吧。


															

																					

								

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