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设计模式——单例模式学习
单例模式属于设计模式中的创建模式,即创建对象时,不再由我们直接实例化对象,而是根据特定场景,由程序来确定创建对象的方式,从而保证更大的性能、更好的架构优势。
1、概念
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。选择单例模式就是为了避免不一致状态。使用Singleton的好处还在于可以节省内存,因为它限制了实例的个数,有利于Java垃圾回收(garbage collection)。
Singleton模式看起来简单,使用方法也很方便,但是真正用好,是非常不容易,需要对Java的类 线程 内存等概念有相当的了解。
总之:如果你的应用基于容器,那么Singleton模式少用或者不用,可以使用相关替代技术。
2、特点
? 单例类只能有一个实例
? 单例类必须自己创建自己的唯一实例
? 单例类必须给所有其他对象提供这一实例
3、应用举例
在很多操作中,比如建立目录、数据库连接都需要这样的单线程操作。还有, singleton能够被状态化; 这样,多个单态类在一起就可以作为一个状态仓库一样向外提供服务,比如,你要论坛中的帖子计数器,每次浏览一次需要计数,单态类能否保持住这个计数,并且能synchronize的安全自动加1,如果你要把这个数字永久保存到数据库,你可以在不修改单态接口的情况下方便的做到。
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。
4、实现
几种常见单例模式实现方法。通用的单例模式创建思想:
1)使用private修改该类构造器,从而将其隐藏起来,避免程序自由创建该类实例
2)提供一个public方法获取该类实例,且此方法必须使用static修饰(调用之前还不存在对象,因此只能用类调用)
3)该类必须缓存已经创建的对象,否则该类无法知道是否曾经创建过实例,也就无法保证只创建一个实例。为此,该类需要一个静态属性来保持曾经创建的实例。
4.1、饿汉模式
基本结构:
public class EagerSingleton { private static EagerSingleton instance = new EagerSingleton(); /** * 私有默认构造方法 */ private EagerSingleton(){} /** * 静态工厂方法 */ public static EagerSingleton getInstance(){ return instance; } }
饿汉式是一种比较形象的称谓。既然饿,那么在创建对象实例的时候就比较着急,于是在装载类的时候就创建对象实例。饿汉式是典型的空间换时间,当类装载的时候就会创建类的实例,不管你用不用,先创建出来,然后每次调用的时候,就不需要再判断,节省了运行时间。
4.2、懒汉模式
基本结构:
package org.zsl.designmode; /** * 懒汉式,需要的时候才创建,典型的时间换空间 * @author ZSL * */ public class LazySingleton { //静态属性用来缓存创建实例 private static LazySingleton instance = null; //私有构造方法避免程序自由创建实例 private LazySingleton(){} //静态公共方法用于取得该类实例 public static synchronized LazySingleton getLazySingletonInstance(){ if(instance == null){ instance = new LazySingleton(); } return instance; } }
上面的懒汉式单例类实现里对静态工厂方法使用了同步化,以处理多线程环境。
懒汉式其实是一种比较形象的称谓。既然懒,那么在创建对象实例的时候就不着急。会一直等到马上要使用对象实例的时候才会创建,懒人嘛,总是推脱不开的时候才会真正去执行工作,因此在装载对象的时候不创建对象实例。
懒汉式是典型的时间换空间,就是每次获取实例都会进行判断,看是否需要创建实例,浪费判断的时间。当然,如果一直没有人使用的话,那就不会创建实例,则节约内存空间
由于懒汉式的实现是线程安全的,这样会降低整个访问的速度,而且每次都要判断。那么有没有更好的方式实现呢?
4.3、双重检查加锁
可以使用“双重检查加锁”的方式来实现,就可以既实现线程安全,又能够使性能不受很大的影响。
“双重检查加锁”指的是:并不是每次进入getInstance方法都需要同步,而是先不同步,进入方法后,先检查实例是否存在,如果不存在才进行下面的同步块,这是第一重检查,进入同步块过后,再次检查实例是否存在,如果不存在,就在同步的情况下创建一个实例,这是第二重检查。这样一来,就只需要同步一次了,从而减少了多次在同步情况下进行判断所浪费的时间。
“双重检查加锁”机制的实现会使用关键字volatile,它的意思是:被volatile修饰的变量的值,将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,从而确保多个线程能正确的处理该变量。
注意:在java1.4及以前版本中,很多JVM对于volatile关键字的实现的问题,会导致“双重检查加锁”的失败,因此“双重检查加锁”机制只只能用在java5及以上的版本。
package org.zsl.designmode; /** * 双重检查加锁,既实现线程安全,又能够使性能不受很大的影响 * @author ZSL * */ public class Singleton { //被volatile修饰的变量的值,将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,从而确保多个线程能正确的处理该变量。 private volatile static Singleton instance = null; //私有构造方法 private Singleton(){}; //公共静态方法获取实例 public static Singleton getSingletonInstance(){ if(instance == null){ //先检查实例是否存在,不存在,在进行同步 synchronized (Singleton.class) { //同步块,线程安全的创建实例 if(instance == null){ //再次检查实例是否存在,如果不存在才真正的创建实例 instance = new Singleton(); } } } return instance; } }
这种实现方式既可以实现线程安全地创建实例,而又不会对性能造成太大的影响。它只是第一次创建实例的时候同步,以后就不需要同步了,从而加快了运行速度。
提示:由于volatile关键字可能会屏蔽掉虚拟机中一些必要的代码优化,所以运行效率并不是很高。因此一般建议,没有特别的需要,不要使用。也就是说,虽然可以使用“双重检查加锁”机制来实现线程安全的单例,但并不建议大量采用,可以根据情况来选用。
(原文地址:http://blog.csdn.net/zhshulin)