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Java设计模式之单例模式

单例模式有以下特点:
1、单例类只能有一个实例。
2、单例类必须自己创建自己的唯一实例。
3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例。
选择单例模式就是为了避免不一致状态

线程安全

代码所在的进程中有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的,就是线程安全的。

单例模式分为:懒汉式单例和饿汉式单例

懒汉式单例

首先创建个懒汉类

public class Singleton {
    private Singleton() {}
    private static Singleton single=null;
    //静态工厂方法 
    public static Singleton getInstance() {
         if (single == null) {  
             single = new Singleton();
         }  
        return single;
    }
}

(线程不安全)在第一次调用的时候实例化自己 ,Singleton通过将构造方法定为private避免了类在外部被实例化,Singleton的唯一实例只能通过getInstance()方法访问。不过并发环境下很可能出现多个Singleton实例

要实现线程安全,有以下三种方式,基于getInstance这个方法改造,保证了懒汉式单例的线程安全

1、在getInstance()上加同步关键字synchronized

public class Singleton {
    private Singleton() {}
    private static Singleton single=null;
    //静态工厂方法
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (single == null) {
            single = new Singleton();
        }
        return single;
    }
}

不足:在方法调用上加了同步,虽然线程安全了,但是每次都要同步,会影响性能,因为大部分情况下是不需要同步的

2、双重检查锁定

public class Singleton {
    private Singleton() {}
    private static Singleton single=null;
    //静态工厂方法
    public static Singleton getInstance() {
        if (single == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if(single==null){
                    single = new Singleton();
                }
            }
        }
        return single;
    }
}

在getInstance中做了两次null检查,确保了只有第一次调用单例的时候才会做同步,这样也是线程安全的,同时避免了每次都同步的性能损耗

3.静态内部类

public class Singleton {
    private static class Lazy {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
    private Singleton (){}
    public static final Singleton getInstance() {
        return Lazy.INSTANCE;
    }
}

既实现了线程安全,又避免了同步带来的性能影响。
利用了classloader的机制来保证初始化instance时只有一个线程,所以也是线程安全的,同时没有性能损耗

二、饿汉式单例


public class Singleton1 {
    private Singleton1() {}
    private static final Singleton1 single = new Singleton1();
    //静态工厂方法 
    public static Singleton1 getInstance() {
        return single;
    }
}

在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用,以后不再改变,所以天生是线程安全的。

比较

线程安全:

饿汉式天生就是线程安全的,可以直接用于多线程而不会出现问题,
懒汉式本身是非线程安全的,为了实现线程安全可以用上面的三种方式,这三种实现在资源加载和性能方面有些区别。

资源加载和性能:

饿汉式在类创建的同时就实例化一个静态对象出来,不管之后会不会使用这个单例,都会占据一定的内存,但是相应的,在第一次调用时速度也会更快,因为其资源已经初始化完成,
而懒汉式顾名思义,会延迟加载,在第一次使用该单例的时候才会实例化对象出来,第一次调用时要做初始化,如果要做的工作比较多,性能上会有些延迟,之后就和饿汉式一样了。

简单验证下单例模式(无并发)

public class TMain {
    public static void main(String[] args){
        Singleton singleton1=Singleton.getInstance();
        Singleton singleton2=Singleton.getInstance();
        if(singleton1 == singleton2){
            System.out.println("创建的是同一个实例");
        }else{
            System.out.println("创建的不是同一个实例");
        }
    }
}

无论是懒汉还是饿汉,只要是线程安全的,输出结果肯定是创建的是同一个实例

并发环境下测试

public class Single implements Runnable{
    @Override
    public void run() {
        Singleton singleton=Singleton.getInstance();
        System.out.println(singleton);
    }
}
public strictfp class SingleMain {
    public static void main(String[] args) {
        Single single1 = new Single();
        Single single2 = new Single();
        Thread t1 = new Thread(single1);
        Thread t2 = new Thread(single2);
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

在线程不安全的情况下

Java设计模式之单例模式插图
image.png

在线程安全的情况下

Java设计模式之单例模式插图1
image.png

线程的是否安全决定了调用的实例是否一样

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