单例模式详解

devtools/2024/10/18 0:34:57/

什么是单例模式

首先,单例模式是一种设计模式,按字面意思,指一个类只能创建一个对象,当创建出多个对象的时候,就会出现报错异常

单例模式为何出现?

1.资源共享:某些情况下,多个对象都需要共享一个资源,例如线程池,数据库连接。使用单例模式即可创造出一个公共资源,避免重复资源的重复创造和浪费

2.全局访问:一些对象需要在系统中被频繁访问,如日志,配置信息等。使用单例模式即可提供一个全局访问点,方便其他对象直接获取改实例对象

3.控制实例数量:在某些情况下,系统中运行存在一个实例,如窗口管理,任务管理器等。使用单例模式可以限制实例的数量,确保系统的稳定性和安全性


单例模式下的两种模式

1.饿汉模式
//饿汉模式
class hungrySingleton{//一开始就创建好对象了 (十分迫切地想要创建对象)private static hungrySingleton hungrySingleton = new hungrySingleton();//通过这个方法来获取实例对象public static hungrySingleton getInstance(){return hungrySingleton;}public hungrySingleton(){}
}

是由代码可知,饿汉模式下,十分急于想创建出对象,故一开始就把对象创建好了,通过getInstance方法来获取对象实例


2.懒汉模式
//懒汉模式  只有当调用方法的时候  实例才会被创建
class LazySingleton{//只要当别人调用方法时 才会创建实例对象 不急不慢private static LazySingleton Lazysingleton = null;public static LazySingleton getLazySingleton(){synchronized()if(Lazysingleton == null){//只有第一次获取时才能获取到实例对象Lazysingleton = new LazySingleton();return Lazysingleton;}return Lazysingleton;}public LazySingleton(){}
}

反观懒汉模式,并不是一开始就加载对象,而是当需要时,你就调用方法获得实例,显现出了它的不紧不慢,懒的特点


细节重点:

无论是懒汉模式,还是饿汉模式,我们都能注意到,无论是变量还是方法,都加了static关键字,这其中有什么说法呢?

我们知道,静态资源随着类的加载而加载,且类对象在其进程中,也是只有唯一的一份,这也就意味着类里面的静态资源,也只有独一份的存在,故static在中起到的作用为:

随着类的加载而加载,保证资源只有独一份

同时,我们也可以反过来想,如果这里的属性方法不加关键字,那么资源不就是随着对象的创建而被创建,可以通过实例对象.资源的方法被获取,那资源岂不是取之不尽用之不竭了,与我们的单例两字完全背道而驰

 public static void main(String[] args) {hungrySingleton h = hungrySingleton.getInstance();hungrySingleton h1 = hungrySingleton.getInstance();System.out.println(h == h1);}


线程安全:
原子性

上述的两种模式,其中有一个存在线程安全问题,哪么到底是哪一个呢?

我们分析:

饿汉模式下,资源直接被创建出来,通过方法来获取实例,这区间只存在读操作(获得对象)

在懒汉模式下,刚开始的资源变量被赋值为null,当想获得此实例时,调用方法,但是方法中有一个if的条件判断 if(LazySingleton == null),而这里就涉及到了读操作,如果满足条件,对资源变量赋值,这时候就涉及到了写操作,显然,在既有读也有写的操作中,懒汉模式是线程不安全的!


如何解决:

解决线程安全,首先需要知道它产生线程安全的原因,这里的原因无非是既有读,又有写操作,故操作非原子性,于是我们即可以搬出synchronized进行加锁,使操作原子性

class LazySingleton{//只要当别人调用方法时 才会创建实例对象 不急不慢private static LazySingleton Lazysingleton = null;public static LazySingleton getLazySingleton(){synchronized(LazySingleton.class){if(Lazysingleton == null){//只有第一次获取时才能获取到实例对象Lazysingleton = new LazySingleton();return Lazysingleton;}return Lazysingleton;}}public LazySingleton(){}
}


但此时,又会衍生出一个问题:每次执行getInstance方法获取实例对象,都需要加锁吗?

我们知道,加锁/释放锁都是有开销的,如果此资源被频繁地使用,每次使用都需要执行一次加锁操作,其开销也是巨大的

我们发现,当第一次执行方法后,此后的Lazysingleton便不是null了,于是在其之后调用方法的直接返回实例即可了,故我们只需要对第一次创建对象时加锁就行了,对象创建后就没必要再加锁了

public static LazySingleton getLazySingleton(){if(Lazysingleton == null){synchronized (LazySingleton.class){if(Lazysingleton == null){Lazysingleton =  new LazySingleton();return Lazysingleton;}}}return Lazysingleton;}

内存可见性:

设想,当有大量线程同时通过方法来获取实例对象时,此时实例对象都被读为空,由于编译器优化,可能将已经实例化好的对象依然读成null,此时就会创建出多个实例对象


指令重排序:

什么是指令重排序呢?

比如一个操作的正常指令顺序为1 2 3,当由于编译器的优化(没错,又是它),使指令操作变成1 3 2,而这对于单线程是没什么问题,但对于多线程来说,就会出现问题了

这里我们把load 资源赋值 返回资源操作比喻成指令123

设想,线程1由于指令重排序使操作变成了132

线程1执行完指令13后--->(此时变量还没有被赋值,直接被return了),这时线程2切进来了开始执行,对于线程2来说,既然线程1已经执行了3操作(return Lazysingleton),表明此时的资源为非空了,那么线程2也就直接返回资源了(return Lazysingleton)。但此时的资源并不是完整的,因为线程1的2操作还没有执行呢(Lazysingeton = new LazySingeton),所以此时t2拿到的是非法的对象,故出现问题


解决方法:

volatile

 volatile private static LazySingleton Lazysingleton = null;public static LazySingleton getLazySingleton(){if(Lazysingleton == null){synchronized (LazySingleton.class){if(Lazysingleton == null){Lazysingleton = new LazySingleton();return Lazysingleton;}}}return Lazysingleton;}

故volatile具有两个功能:

1.解决内存可见性

2.解决指令重排序


http://www.ppmy.cn/devtools/7069.html

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