• 设计模式---单例模式


    单例模式确保某个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。在计算机系统中,线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能。每台计算机可以有若干个打印机,但只能有一个Printer Spooler,以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干通信端口,系统应当集中管理这些通信端口,以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。总之,选择单例模式就是为了避免不一致状态,避免政出多头。

    1、常见的单例模式有两种创建方式:所谓饿懒汉式与饿汉式

    (1)懒汉式

      懒汉式就是不在系统加载时就创建类的单例,而是在第一次使用实例的时候再创建。

     
    package shejimoshi.danLiMoShi;
    
    /**
     * 懒汉实例	第一次使用实例时才创建对象
     */
    public class TestSingletonLanHan {
    	private String name;
    	public String getName() {
    		return name;
    	}
    	public void setName(String name) {
    		this.name = name;
    	}
    	
    	private static TestSingletonLanHan ts1 = null;
    
    	// 该类只能有一个实例
    	private TestSingletonLanHan() {
    	} // 私有无参构造方法
    		// 该类必须自行创建
    		// 有2种方式
    
    
    	// 这个类必须自动向整个系统提供这个实例对象
    	//public static TestSingletonLanHan getTest() {
    	//为了保证线程安全,可以添加synchronized关键字来获取同步,但是每次在执行都会进行同步和判断,效率会降低。
    	public static synchronized TestSingletonLanHan getTest() {
    		if (ts1 == null) {
    			ts1 = new TestSingletonLanHan();
    		}
    		return ts1;
    	}
    
    	public void getInfo() {
    		System.out.println("output message " + name);
    	}
    
    	public static void main(String[] args) {
    		//s和s1是同一个对象,所以赋值会被覆盖
    		TestSingletonLanHan s = TestSingletonLanHan.getTest();
    		s.setName("test 1");
    		System.out.println(s.getName());
    		TestSingletonLanHan s1 = TestSingletonLanHan.getTest();
    		s1.setName("test 2");
    		System.out.println(s1.getName());
    		
    		TestSingletonLanHan s2 = new TestSingletonLanHan();
    		s2.setName("test3");
    		TestSingletonLanHan s3 = new TestSingletonLanHan();
    		s3.setName("test4");
    		s.getInfo();   // output message test 2
    		s1.getInfo();	// output message test 2
    		s2.getInfo();
    		s3.getInfo();
    		//s == s1是成立的,说明改变的是同一个name。
    		if (s == s1) {
    			System.out.println("创建的是同一个实例");
    		}
    	}
    }
    

      

    (2)饿汉式

      在加载类的时候就会创建类的单例,并保存在类中。

    package shejimoshi.danLiMoShi;
    
    /**
     * 饿汉式    系统加载时创建对象
     * 线程安全
     */
    public class TestSingletonEHan {
    	private String name;
    	public String getName() {
    		return name;
    	}
    	public void setName(String name) {
    		this.name = name;
    	}
    	
    	private TestSingletonEHan(){
    		
    	}
    	
    	private static TestSingletonEHan ts1 = new TestSingletonEHan();
    	
    	private static TestSingletonEHan instance(){
    		return ts1;
    	}
    	
    	public void getInfo() {
    		System.out.println("output message " + name);
    	}
    	
    	public static void main(String[] args) {
    		TestSingletonEHan s = TestSingletonEHan.instance();
    		s.setName("test 1");
    		System.out.println(s.getName());
    		TestSingletonEHan s1 = TestSingletonEHan.instance();
    		s1.setName("test 2");
    		System.out.println(s1.getName());
    		s.getInfo();   // output message test 2
    		s1.getInfo();	// output message test 2
    		//s == s1是成立的,说明改变的是同一个name。
    		if (s == s1) {
    			System.out.println("创建的是同一个实例");
    		}
    	}
    }

    2、双重加锁机制

      何为双重加锁机制?

      在懒汉式实现单例模式的代码中,有使用synchronized关键字来同步获取实例,保证单例的唯一性,但是上面的代码在每一次执行时都要进行同步和判断,无疑会拖慢速度,使用双重加锁机制正好可以解决这个问题:

    package shejimoshi.danlimoshi;
    
    /**
     * 双重加锁机制
     */
    public class TestSingleTonShuangChongJiaSuo {
    	private String name;
    
    	public String getName() {
    		return name;
    	}
    
    	public void setName(String name) {
    		this.name = name;
    	}
    
    	private TestSingleTonShuangChongJiaSuo() {
    
    	}
    
    	private static volatile TestSingleTonShuangChongJiaSuo dl = null;
    
    	public static TestSingleTonShuangChongJiaSuo getInstance() {
    		if (dl == null) {
    			synchronized (TestSingleTonShuangChongJiaSuo.class) {
    				if (dl == null) {
    					dl = new TestSingleTonShuangChongJiaSuo();
    				}
    			}
    		}
    		return dl;
    	}
    	
    	public static void main(String[] args) {
    		TestSingletonLanHan s = TestSingletonLanHan.getTest();
    		s.setName("test 1");
    		System.out.println(s.getName());
    		TestSingletonLanHan s1 = TestSingletonLanHan.getTest();
    		s1.setName("test 2");
    		System.out.println(s1.getName());
    		s.getInfo();   // output message test 2
    		s1.getInfo();	// output message test 2
    		//s == s1是成立的,说明改变的是同一个name。
    		if (s == s1) {
    			System.out.println("创建的是同一个实例");
    		}
    	}
    }
    

    看了上面的代码,有没有感觉很无语,双重加锁难道不是需要两个synchronized进行加锁的吗?

      ......

      其实不然,这里的双重指的的双重判断,而加锁单指那个synchronized,为什么要进行双重判断,其实很简单,第一重判断,如果单例已经存在,那么就不再需要进行同步操作,而是直接返回这个实例,如果没有创建,才会进入同步块,同步块的目的与之前相同,目的是为了防止有两个调用同时进行时,导致生成多个实例,有了同步块,每次只能有一个线程调用能访问同步块内容,当第一个抢到锁的调用获取了实例之后,这个实例就会被创建,之后的所有调用都不会进入同步块,直接在第一重判断就返回了单例。至于第二个判断,个人感觉有点查遗补漏的意味在内(期待高人高见)。

      不论如何,使用了双重加锁机制后,程序的执行速度有了显著提升,不必每次都同步加锁。

      其实我最在意的是volatile的使用,volatile关键字的含义是:被其所修饰的变量的值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来实现,从而确保多个线程能正确的处理该变量。该关键字可能会屏蔽掉虚拟机中的一些代码优化,所以其运行效率可能不是很高,所以,一般情况下,并不建议使用双重加锁机制,酌情使用才是正理!

    3、类级内部类方式

      饿汉式会占用较多的空间,因为其在类加载时就会完成实例化,而懒汉式又存在执行速率慢的情况,双重加锁机制呢?又有执行效率差的毛病,有没有一种完美的方式可以规避这些毛病呢?

      貌似有的,就是使用类级内部类结合多线程默认同步锁,同时实现延迟加载和线程安全。

    package shejimoshi.danLiMoShi;
    
    /**
     * 类级内部类方式
     * 最安全的单例模式
     */
    public class TestSingletonNeiBuLei {
    	private String name;
    	public String getName() {
    		return name;
    	}
    	public void setName(String name) {
    		this.name = name;
    	}
    	
    	private TestSingletonNeiBuLei() {
    		
    	}
    	
    	public static class DanliHolder {
    		private static TestSingletonNeiBuLei dl = new TestSingletonNeiBuLei();
    	}
    
    
    	public static TestSingletonNeiBuLei getInstance() {
    		return DanliHolder.dl;
    	}
    	
    	public void getInfo(){
    		System.out.println("name : " + name);
    	}
    	
    	public static void main(String[] args) {
    		TestSingletonNeiBuLei s = TestSingletonNeiBuLei.getInstance();
    		s.setName("test 1");
    		System.out.println(s.getName());
    		TestSingletonNeiBuLei s1 = TestSingletonNeiBuLei.getInstance();
    		s1.setName("test 2");
    		System.out.println(s1.getName());
    		s.getInfo();   // output message test 2
    		s1.getInfo();	// output message test 2
    		//s == s1是成立的,说明改变的是同一个name。
    		if (s == s1) {
    			System.out.println("创建的是同一个实例");
    		}
    	}
    }

    如上代码,所谓类级内部类,就是静态内部类,这种内部类与其外部类之间并没有从属关系,加载外部类的时候,并不会同时加载其静态内部类,只有在发生调用的时候才会进行加载,加载的时候就会创建单例实例并返回,有效实现了懒加载(延迟加载),至于同步问题,我们采用和饿汉式同样的静态初始化器的方式,借助JVM来实现线程安全。

      其实使用静态初始化器的方式会在类加载时创建类的实例,但是我们将实例的创建显式放置在静态内部类中,它会导致在外部类加载时不进行实例创建,这样就能实现我们的双重目的:延迟加载和线程安全。

    4、使用

      在Spring中创建的Bean实例默认都是单例模式存在的。

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