单件模式(Singleton Partten)

本文详细探讨了单件模式的实现,从基础的第一版本开始,逐步揭示其在多线程环境下的问题,并通过改进达到线程安全的第二、第三个版本,全面解析单件模式的应用与优化。

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单件模式,就是在应用中只创建一个实例。

第一个版本

缺陷: 在多线程的情况下会出问题。

/**
 * 1.0 版本
 * 实现单件的基本定义
 */
public class Singleton(){
	// 第一步: 将构造函数私有化
	private Singleton(){}
	
	// 第二步:定义一个单例的变量
	private static Singleton singleton = null;
	
	// 第三步: 提供一个公共的静态方法,使能够通过类获取到实例
	public static Singleton getInstance(){
		if(singleton==null){
			singleton = new Singleton();
		}
		return singleton;
	}
}

第一个版本,改进

/**
 * 1.1 版本
 *  实现
 *  通过加锁,解决多线程中出现的问题
 *  双重检查
 *  
 *  补充: 在jvm中 : singleton = new Singleton(); 这句话做了三件事:
 *    1) 给 singleton分配内容;
 *    2) 调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量,形成实例;
 *    3) 将singleton对象指向分配的内存空间(执行了这一步 singleton 才是非null了)
 *  jvm的指令存在重排序的优化,所以上面第二步和第三步的顺序不能保证,最终的执行
 *  顺序可能是1-2-3,也可能是1-3-2。 如果是后者,则在3执行完,2未执行之前被第二个线程抢占了
 *  这个时候 instance 已经是非null了,但是却没有初始化,所以第二个线程直接返回instance,
 *  然后使用,顺利成章报错。
 *  对此,只需要将  singleton 声明为 volatile (这个关键字只在jdk1.5之后有用,
 *   1.5版本之前用这个变量也有问题,因为老版的Java内存模型有问题)
 *  使用volatile 功能有两个:(1)这个变量不会在多线程中存在多个副本,直接从内存读取;
 *  (2) 这个关键字禁止指令重排序优化, 也就是说,在volatile的变量赋值操作后面会有一个内存屏障,
 *   读操作不会被重排序到内存屏障之前。 
 */

public class Singleton(){
	// 将构造函数私有化
	private Singleton(){}
	
	private volatile static Singleton singleton = null;
	
	// 提供能够访问的静态方法
	public static Singleton getInstance(){
		if(singleton==null){
			synchronized(Singleton.class){
				if(singleton==null){
				   // 注意,这句话并不是原子的
					singleton = new Singleton();
				}
			}
		}
		return singleton;
	}
}

第二个版本

/**
 * 2.1 一个简单的版本
 * jdk1.5
 * 这种方法最大的问题是:类被加载的时候,new Singleton() 就被执行了。
 * 我们的构造函数可能依赖于其他的类干一些事情,希望当我们第一次调用getInstance()
 * 的时候才被真正创建。这个时候就不能把对象的创建委托为类装载器了。
 */
public class Singleton(){
	
	private Singleton(){}
	
	private volatile static Singleton singleton = new Singleton();
	
	public static Singleton getInstance(){
		return singleton;
	}
}

第二个版本,改进

/**
 * 2.2 不依赖与jdk的版本
 * 只有在调用 getInstance() 的时候, 才会把实例创建出来
 */
public class Singleton(){
	
	private Singleton(){}
	
	private static class SingletonHolder(){
		private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
	}
	
	public static final Singleton getInstance(){
		return SingletonHolder.INSTANCE;
	}
}

第三个版本

/**
 * 3.1 优雅的版本
 * 使用枚举
 * 默认枚举实例创建是线程安全的,但枚举里面的其他任何方法的线程安全是由程序员控制。
 */
 
public enum Singleton(){
	INSTANCE;
}

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