单例模式
应用场景:
保证一个类仅有一个实例, 并提供一个访问它的全局访问点。
Spring 中的单例模式完成了后半句话, 即提供了全局的访问点 BeanFactory。 但没有从构造器级别去控制单例, 这是因为 Spring 管理的是任意的 Java 对象。 Spring 下默认的 Bean 均为单例。
实现:
饿汉式单例
它是在类加载的时候就立即初始化,并且创建单例对象。
- 优点:
- 没有加任何的锁、执行效率比较高,在用户体验上来说,比懒汉式更好。
- 绝对线程安全,在线程还没出现以前就是实例化了,不可能存在访问安全问题。
- 缺点:
- 类加载的时候就初始化,不管你用还是不用,我都占着空间。浪费了内存,有可能占着茅坑不拉屎。
public class Hungry {
private Hungry(){}
private static final Hungry hungry = new Hungry();
public static Hungry getInstance(){
return hungry;
}
}
懒汉式单例
在外部需要使用的时候才进行实例化。
public class LazyOne {
private LazyOne(){}
//静态块,公共内存区域
private static LazyOne lazy = null;
public static LazyOne getInstance(){
//调用方法之前,先判断
//如果没有初始化,将其进行初始化,并且赋值
//将该实例缓存好
if(lazy == null){
//两个线程都会进入这个if里面
lazy = new LazyOne();
}
//如果已经初始化,直接返回之前已经保存好的结果
return lazy;
}
}
上述代码中,并发访问时会出现问题,如果两个线程同时进入if中,则会创建出两个实例,不符合单例要求。测试代码如下(纯属娱乐):
public class ThreadSafeTest {
public static void main(String[] args) {
int count = 200;
//发令枪,我就能想到运动员
CountDownLatch latch = new CountDownLatch(count);
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < count;i ++) {
new Thread(){
@Override
public void run() {
try{
try {
// 阻塞
// count = 0 就会释放所有的共享锁
// 万箭齐发
latch.await();
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}
//必然会调用,可能会有很多线程同时去访问getInstance()
Object obj = LazyOne.getInstance();
System.out.println(System.currentTimeMillis() + ":" + obj);
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}.start(); //每循环一次,就启动一个线程,具有一定的随机性
//每次启动一个线程,count --
latch.countDown();
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("总耗时:" + (end - start));
// CountDownLatch 并不是这样子用,实际应用场景中不要学老师这样投机取巧
}
}
输出结果如下:
懒汉式单例+同步锁
public class LazyTwo {
private LazyTwo(){}
private static LazyTwo lazy = null;
public static synchronized LazyTwo getInstance(){
if(lazy == null){
lazy = new LazyTwo();
}
return lazy;
}
}
测试发现该写法效率很低,测试代码如下:
public class LazyTest {
public static void main(String[] args) {
long start = System.currentTimeMillis();
for (int i = 0; i < 200000000;i ++) {
Object obj = LazyOne.getInstance();
}
long end = System.currentTimeMillis();
System.out.println("总耗时:" + (end - start));
}
}
加锁前后耗时如下:
那有没有即不浪费资源,又可以保证并发时不出现问题,效率还高的单例写法呢?
答案是有的。
懒汉模式——内部类写法
内部类特点:
在外部类被调用的时候内部类才会被加载;内部类一定是要在方法调用之前初始化。这样就巧妙地避免了线程安全问题。
public class LazyThree {
//默认使用LazyThree的时候,会先初始化内部类
//如果没使用的话,内部类是不加载的
private LazyThree(){
}
//每一个关键字都不是多余的
//static 是为了使单例的空间共享
//final保证这个方法不会被重写,重载
public static final LazyThree getInstance(){
//在返回结果以前,一定会先加载内部类
return LazyHolder.LAZY;
}
//默认不加载
private static class LazyHolder{
private static final LazyThree LAZY = new LazyThree();
}
}
这种形式兼顾饿汉式的内存浪费,也兼顾synchronized性能问题,完美地屏蔽了这两个缺点。堪称史上最牛B的单例模式的实现方式。
那么问题又来了,如果恶意通过反射来创建对象,不就可以破坏这种单例模式了么?
代码就是用来解决问题,请品鉴:
public class LazyThree {
private static boolean initialized = false;
private LazyThree(){
synchronized (LazyThree.class){
if(initialized == false){
initialized = !initialized;
}else{
throw new RuntimeException("单例已被侵犯");
}
}
}
public static final LazyThree getInstance(){
//在返回结果以前,一定会先加载内部类
return LazyHolder.LAZY;
}
private static class LazyHolder{
private static final LazyThree LAZY = new LazyThree();
}
}
通过上述代码可知,我们可以重写私有构造方法解决反射可能引发的非单例情况。
问题又来了系列,假如通过反射事先改变initialized静态成员变量的值,那不又可以破坏单例模式了么?
这个问题先留在这里,大家可以在评论区留言讨论哦(*_
注册登记式
每使用一次,都往一个固定的容器中注册并且将使用过的对象进行缓存,下次去取对象的时候,就直接从缓存中取值,以保证每次获取的都是同一个对象。
IOC中的单例模式,就是典型的注册登记式单例。
//Spring中的做法,就是用这种注册式单例
public class BeanFactory {
private BeanFactory(){}
//线程安全
private static Map<String,Object> ioc = new ConcurrentHashMap<String,Object>();
public static synchronized Object getBean(String className){
if(!ioc.containsKey(className)){
Object obj = null;
try {
obj = Class.forName(className).newInstance();
ioc.put(className,obj);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return obj;
}else{
return ioc.get(className);
}
}
}
这里也抛给大家一个思考:去掉synchronized关键字可不可以?
答案是不行的,因为去掉后,在高并发的情况下,可能同时有两个或以上线程来调用getBean()方法,导致单例模式遭到破坏。
而synchronized关键字又很影响效率,有没有什么两者兼顾的解决方法呢?
序列化与反序列化保证单例
序列化就是说把内存中的状态通过转换成字节码的形式,从而转换一个IO流,写入到其他地方(可以是磁盘、网络IO),内存中状态给永久保存下来了;反序列化将已经持久化的字节码内容,转换为IO流。通过IO流的读取,进而将读取的内容转换为Java对象,在转换过程中会重新创建对象new。
而如何保证反序列化创建的对象在内存中也保证是单例的呢? 就是我们接下来要解决的问题。
//反序列化时导致单例破坏
public class Seriable implements Serializable {
public final static Seriable INSTANCE = new Seriable();
private Seriable(){}
public static Seriable getInstance(){
return INSTANCE;
}
private Object readResolve(){
return INSTANCE;
}
}
答案就是重写readResolve()方法,具体的原因大家可以通过学习jvm了解。