Java设计模式-单列模式

单例模式详解
本文深入探讨了单例模式中的懒汉式与饿汉式两种实现方式,并详细解释了它们的工作原理,包括线程安全问题、指令重排序的影响及解决办法。

1.单列模式(懒汉式)

    //懒汉模式
    class LazySingInstance {
        private volatile  static LazySingInstance instance;
        private LazySingInstance(){
        }
        public static LazySingInstance getInstance(){
            if (null==instance){
                synchronized (LazySingInstance.class){
                    if (null==instance){
                        instance=new LazySingInstance();
                    }
                }
            }
            return instance;
        }
    }

注: 懒汉模式:延迟加载,只有在真正使用的时候,才开始实例化. 

     1.线程安全问题

     2.double check 加锁优化

     3.编译器(JIT),CPU 有可能对指令进行重排序,导致使用尚未初始化的实例,可以通过添加volatile关键字进行修饰对于volatile修饰的字段,可以防止指令重排.

2.单列模式(饿汉式)

//饿汉模式
class HungrySingInstance{

    private static HungrySingInstance instance=new HungrySingInstance();
    private HungrySingInstance(){

    }
    public static HungrySingInstance getInstance(){

        return instance;
    }

}

注:饿汉模式只有在真正使用对应类时,才会触发初始化 比如(当前类是启动类即main函数所在类,直接进行new操作,访问静态属性,访问静态方法,用反射访问类,初始化一个类的子类等)

类加载初始化阶段就完成了实例的初始化,本质上就是借助于jvm类加载机制,保证实例的唯一性(初始化过程只会执行一次)及线程安全(jvm以同步的形式来完成类加载的整个过程).

类加载过程:

 1.加载二进制数据到内存中,生成对应的class数据结构

2.连接: a验证  b准备(给类的静态成员变量赋默认值),c.解析

3.初始化: 给类的静态变量赋初始值.

 

### Java 中单例设计模式的实现和用法 #### 单例模式的优势 在Java中,单例模式通过确保一个类只有一个实例并提供全局访问点来简化程序的设计。相比于静态类,单例模式提供了更大的灵活性,因为可以延迟初始化,并且可以在运行时更改行为或状态[^1]。 #### 实现方式及其线程安全性 为了处理多线程环境下的并发问题,在早期版本的Java内存模型存在缺陷的情况下,Bill Pugh提出了基于内部静态辅助类的方式来创建单例类。这种方式不仅解决了多个线程同时获取单例实例的问题,还利用了JVM加载机制保证了懒加载特性以及良好的性能表现[^2]。 具体来说,当外部尝试访问`getInstance()`方法时,只有第一次调用才会触发内部静态类的加载过程从而完成对象构建;之后每次请求都将直接返回已经存在的唯一实例。这种做法有效防止了由于指令重排序带来的潜在风险——即所谓的out-of-order writes现象[^5]。 以下是采用上述方案的一个典型例子: ```java public class Singleton { private Singleton() {} private static class SingletonHelper { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } public static synchronized Singleton getInstance() { return SingletonHelper.INSTANCE; } } ``` 此代码片段展示了如何定义私有构造函数阻止外界随意新建对象的同时,借助于嵌套的静态成员类实现了安全高效的单例模式。 #### 关键要点总结 - **延迟初始化**:直到真正需要的时候才创建唯一的实例。 - **线程安全**:即使面对高并发场景也能保持数据一致性。 - **资源节约**:减少不必要的重复开销,提高应用效率。
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