说起单例模式,大家都不陌生,它是简单而又经常用的设计模式之一。但是,你真的会用单例模式吗?
完美的单例模式
(1)单例(ps:废话,看名字就知道啦~)
(2)延迟加载
(3)线程安全
(4)没有性能问题
(5)防止反序列化产生新对象
单例模式的实现方式
通常它的实现方式有两种:
public class MyEngine{
public static MyEngine instance = new MyEngine();
private void MyEngine(){
}
public static MyEngine getInatance(){
return instance;
}
}
这种方法写法最简单,缺点是一旦类被加载就会去初始化单例,没有实现延迟加载。而且当实现了Serializable接口后,反序列化时单例会被破坏。实现Serializable接口需要重写readResolve,才能保证其反序列化依旧是单例:
public class MyEngine implement Serializable{
public static MyEngine instance = new MyEngine();
private void MyEngine(){
}
public static MyEngine getInatance(){
return instance;
}
/**
* 如果实现了Serializable, 必须重写这个方法:没有找到这个方法?
*/
private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
return instance;
}
}
public class MyEngine{
public static MyEngine instance;
private void MyEngine(){
}
public static MyEngine getInatance(){
if(instance==null){
instance = new MyEngine();
}
return instance;
}
}
这样只有调用getInstance才会初始化单例,实现了延迟加载。但是,如果多个线程同时调用getInstance时,可能会创建出多个instance对象,因此需要进行同步。同步的话,加个synchronized关键字即可。
(2)线程安全的懒汉式单例
public class MyEngine{
public static MyEngine instance;
private void MyEngine(){
}
public static synchronized MyEngine getInatance(){
if(instance==null){
instance = new MyEngine();
}
return instance;
}
}
上面的做法确实保证了线程的安全,但是会引起性能问题,因为在同一时间只能有一个线程能去调用getInstance。所以有必要对其优化下。
(3)线程安全的懒汉式单例:双重检验锁
public class MyEngine{
public static MyEngine instance;
private void MyEngine(){
}
public static MyEngine getInatance(){
if(instance==null){//第一次检查
synchronized(MyEngine.class){
if(instance==null){//第二次检查
instance = new MyEngine();
}
}
}
return instance;
}
}
执行两次检查很有必要:多个线程执行第一次检查,然后有一个线程进入同步块,创建了单例对象,其他的进入就不会再次创建新的实例。
这段代码看起来很完美,但仍旧存在问题,以下内容引用自黑桃夹克大神的如何正确地写出单例模式
这段代码看起来很完美,很可惜,它是有问题。主要在于instance = new MyEngine()这句,这并非是一个原子操作,事实上在 JVM 中这句话大概做了下面 3 件事情。
我们只需要将 instance 变量声明成 volatile 就可以了。
public class MyEngine{
public static volatile MyEngine instance;
private void MyEngine(){
}
public static MyEngine getInatance(){
if(instance==null){//第一次检查
synchronized(MyEngine.class){
if(instance==null){//第二次检查
instance = new MyEngine();
}
}
}
return instance;
}
}
有些人认为使用 volatile 的原因是可见性,也就是可以保证线程在本地不会存有 instance 的副本,每次都是去主内存中读取。但其实是不对的。使用 volatile 的主要原因是其另一个特性:禁止指令重排序优化。也就是说,在 volatile 变量的赋值操作后面会有一个内存屏障(生成的汇编代码上),读操作不会被重排序到内存屏障之前。比如上面的例子,取操作必须在执行完 1-2-3 之后或者 1-3-2 之后,不存在执行到 1-3 然后取到值的情况。从「先行发生原则」的角度理解的话,就是对于一个 volatile 变量的写操作都先行发生于后面对这个变量的读操作(这里的“后面”是时间上的先后顺序)。
但是特别注意在 Java 5 以前的版本使用了 volatile 的双检锁还是有问题的。其原因是 Java 5 以前的 JMM (Java 内存模型)是存在缺陷的,即时将变量声明成 volatile 也不能完全避免重排序,主要是 volatile 变量前后的代码仍然存在重排序问题。这个 volatile 屏蔽重排序的问题在 Java 5 中才得以修复,所以在这之后才可以放心使用 volatile。
相信你不会喜欢这种复杂又隐含问题的方式,当然我们有更好的实现线程安全的单例模式的办法。
其他线程安全方式
我们可以利用JVM加载类的机制去实现同步控制。
public class MyEngine{
//类加载时就初始化
public static final MyEngine INSTANCE = new MyEngine();
private void MyEngine(){
}
public static MyEngine getInatance(){
return INSTANCE;
}
}
这种做法可惜不是懒汉式,而且对于需要传递参数构造单例的话,就无法使用了。
public class MyEngine{
/**
* 类级的内部类,也就是静态的成员式内部类,该内部类的实例与外部类的实例没有绑定关系,
* 而且只有被调用到才会装载,从而实现了延迟加载
*/
public static class MyEngineHolder {
private static final MyEngine INSTANCE = new MyEngine();
}
private void MyEngine(){
}
public static MyEngine getInatance(){
return MyEngineHolder.INSTANCE;
}
}
这种写法仍然使用JVM本身机制保证了线程安全问题;由于 MyEngineHolder 是私有的,除了 getInstance() 之外没有办法访问它,因此它是懒汉式的;同时读取实例的时候不会进行同步,没有性能缺陷;也不依赖 JDK 版本。
public enum MyEngine{
INSTANCE;
}
我们通过MyEngine.INSTANCE来访问实例,且创建枚举默认是线程安全的,还能防止反序列化导致重新创建新的对象。但是一般很少看见这样写的,可能是大家不熟悉这样的写法吧。