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一、背景
最近在學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)模式,在看到單例模式的時(shí)候,我一開(kāi)始以為直接很了解單例模式了,實(shí)現(xiàn)起來(lái)也很簡(jiǎn)單,但是實(shí)際上單例模式有著好幾個(gè)變種,并且多線程中涉及到線程安全問(wèn)題,那么本文我們就來(lái)好好聊聊單例模式,說(shuō)一下經(jīng)典三種實(shí)現(xiàn)方式:餓漢式、懶漢式、登記式。并且解決掉多線程中可能出現(xiàn)的線程安全問(wèn)題。
二、基本概念
1.為什么要使用單例模式?
在我們?nèi)粘5墓ぷ髦校芏鄬?duì)象通常占用非常重要的系統(tǒng)資源,比如:IO處理,數(shù)據(jù)庫(kù)操作等,那我們必須要限制這些對(duì)象只有且始終使用一個(gè)公用的實(shí)例,即單例。
2.單例模式的實(shí)現(xiàn)方式
構(gòu)造函數(shù)私有化,防止其他類生成唯一公用實(shí)例外的實(shí)例。且單例類應(yīng)該被定義為final,也就是說(shuō)單例類不能被繼承,因?yàn)槿绻试S繼承那子類就都可以創(chuàng)建實(shí)例,違背了類唯一實(shí)例的初衷。
類中一個(gè)靜態(tài)變量來(lái)保存單實(shí)例的引用。
一個(gè)共有的靜態(tài)方法來(lái)獲取單實(shí)例的引用。
3.單例模式的UML類圖
4.單例模式的經(jīng)典實(shí)現(xiàn)方式
三、餓漢式---代碼實(shí)現(xiàn)
1.單例類
package com.hafiz.designPattern.singleton; /** * Desc: 單例模式-餓漢式 * Created by hafiz.zhang on 2017/9/26. */ public class Singleton1 { // 創(chuàng)建全局靜態(tài)變量,保證只有一個(gè)實(shí)例 private static volatile Singleton1 instance = new Singleton1(); private Singleton1() { // 構(gòu)造函數(shù)私有化 System.out.println("--調(diào)用餓漢式單例模式的構(gòu)造函數(shù)--"); } public static Singleton1 getInstance() { System.out.println("--調(diào)用餓漢式單例模式的靜態(tài)方法返回實(shí)例--"); return instance; } }
2.測(cè)試類
public class DesignPatternTest { @Test public void testSingleton1() { System.out.println("-----------------測(cè)試餓漢式單例模式開(kāi)始--------------"); Singleton1 instance1 = Singleton1.getInstance(); System.out.println("第二次獲取實(shí)例"); Singleton1 instance2 = Singleton1.getInstance(); System.out.println("instance1和instance2是否為同一實(shí)例?" + (instance1 == instance2)); System.out.println("-----------------測(cè)試餓漢式單例模式結(jié)束--------------"); } }
3.測(cè)試結(jié)果
四、懶漢式---代碼實(shí)現(xiàn)
1.單例類
package com.hafiz.designPattern.singleton; /** * Desc:單例模式-懶漢式 * Created by hafiz.zhang on 2017/9/26. */ public class Singleton2 { // 創(chuàng)建全局靜態(tài)變量,保證只有一個(gè)實(shí)例 private static Singleton2 instance = null; // 構(gòu)造函數(shù)私有化 private Singleton2() { System.out.println("--調(diào)用懶漢式單例模式的構(gòu)造方法--"); } public static Singleton2 getInstance() { System.out.println("--調(diào)用懶漢式單例模式獲取實(shí)例--"); if (instance == null) { System.out.println("--懶漢式單例實(shí)例未創(chuàng)建,先創(chuàng)建再返回--"); instance = new Singleton2(); } return instance; } }
2.測(cè)試類
public class DesignPatternTest { @Test public void testSingleton2() { System.out.println("-----------------測(cè)試懶漢式單例模式開(kāi)始--------------"); Singleton2 instance1 = Singleton2.getInstance(); System.out.println("第二次獲取實(shí)例"); Singleton2 instance2 = Singleton2.getInstance(); System.out.println("instance1和instance2是否為同一實(shí)例?" + (instance1 == instance2)); System.out.println("-----------------測(cè)試懶漢式單例模式結(jié)束--------------"); } }
3.測(cè)試結(jié)果
細(xì)心的同學(xué)已經(jīng)發(fā)現(xiàn),這種實(shí)現(xiàn)方式,在多線程的環(huán)境中,是有線程安全安全問(wèn)題的,有可能兩個(gè)或多個(gè)線程判斷instance都為null,然后創(chuàng)建了好幾遍實(shí)例,不符合單例的思想,我們可以對(duì)它進(jìn)行改進(jìn)。
五、改進(jìn)懶漢式1---代碼實(shí)現(xiàn)
原理:使用JDK的synchronized同步代碼塊來(lái)解決懶漢式線程安全問(wèn)題。
1.單例類
package com.hafiz.designPattern.singleton; /** * Desc:單例模式-懶漢式 * Created by hafiz.zhang on 2017/9/26. */ public class Singleton2 { // 創(chuàng)建全局靜態(tài)變量,保證只有一個(gè)實(shí)例 private static Singleton2 instance = null; // 構(gòu)造函數(shù)私有化 private Singleton2() { System.out.println("--調(diào)用懶漢式單例模式的構(gòu)造方法--"); } public static Singleton2 getInstance() { System.out.println("--調(diào)用懶漢式單例模式獲取實(shí)例--"); if (instance != null) { System.out.println("--懶漢式單例實(shí)例已經(jīng)創(chuàng)建,直接返回--"); return instance; } synchronized (Singleton2.class) { if (instance == null) { System.out.println("--懶漢式單例實(shí)例未創(chuàng)建,先創(chuàng)建再返回--"); instance = new Singleton2(); } } return instance; } }
2.測(cè)試結(jié)果
六、改進(jìn)懶漢式2---代碼實(shí)現(xiàn)
原理:使用JVM隱含的同步和類級(jí)內(nèi)部類來(lái)解決,JVM隱含的同步解決了多線程情況下線程安全的問(wèn)題,類級(jí)內(nèi)部類解決只有使用的時(shí)候才加載(延遲加載)的問(wèn)題。
1.JVM隱含的同步有哪些?
靜態(tài)初始化器(在靜態(tài)字段上或static{}靜態(tài)代碼塊的初始化器)初始化數(shù)據(jù)時(shí)
訪問(wèn)final字段時(shí)
在創(chuàng)建線程之前創(chuàng)建對(duì)象時(shí)
線程可以看見(jiàn)它將要處理的對(duì)象時(shí)
2.什么是類級(jí)內(nèi)部類?
有static修飾的成員式內(nèi)部類。沒(méi)有static修飾的成員式內(nèi)部類叫對(duì)象級(jí)內(nèi)部類。
類級(jí)內(nèi)部類相當(dāng)于其外部類的static成分,他的對(duì)象與外部類對(duì)象間不存在依賴關(guān)系,因此可直接創(chuàng)建,而對(duì)象級(jí)內(nèi)部類的實(shí)例,是綁定在外部對(duì)象實(shí)例中的。
類級(jí)內(nèi)部類中,可以定義靜態(tài)的方法。在靜態(tài)的方法中只能夠引用外部類的中的靜態(tài)成員方法或者成員變量
類級(jí)內(nèi)部類相當(dāng)于其外部類的成員,只有在第一次被使用的時(shí)候才會(huì)被裝載
3.單例類
package com.hafiz.designPattern.singleton; /** * Desc:單例模式-改進(jìn)懶漢式 * Created by hafiz.zhang on 2017/9/26. */ public class Singleton3 { private static class Singleton4 { private static Singleton3 instance; static { System.out.println("--類級(jí)內(nèi)部類被加載--"); instance = new Singleton3(); } private Singleton4() { System.out.println("--調(diào)用類級(jí)內(nèi)部類的構(gòu)造函數(shù)--"); } } private Singleton3() { System.out.println("--調(diào)用構(gòu)造函數(shù)--"); } public static Singleton3 getInstance() { System.out.println("--開(kāi)始調(diào)用共有方法返回實(shí)例--"); Singleton3 instance; System.out.println("---------------------------"); instance = Singleton4.instance; System.out.println("返回單例"); return instance; } }
4.測(cè)試類
package com.hafiz.www; import com.hafiz.designPattern.observer.ConcreteObserver; import com.hafiz.designPattern.observer.ConcreteSubject; import com.hafiz.designPattern.singleton.Singleton1; import com.hafiz.designPattern.singleton.Singleton2; import com.hafiz.designPattern.singleton.Singleton3; import com.hafiz.designPattern.singleton.Singleton4; import com.hafiz.designPattern.singleton.Singleton4Child1; import com.hafiz.designPattern.singleton.SingletonChild2; import org.junit.Test; /** * Desc:設(shè)計(jì)模式demo單元測(cè)試類 * Created by hafiz.zhang on 2017/7/27. */ public class DesignPatternTest { @Test public void testSingleton3() { System.out.println("-----------------測(cè)試改進(jìn)懶漢式單例模式開(kāi)始--------------"); Singleton3 instance1 = Singleton3.getInstance(); System.out.println("第二次獲取實(shí)例"); Singleton3 instance2 = Singleton3.getInstance(); System.out.println("instance1和instance2是否為同一實(shí)例?" + (instance1 == instance2)); System.out.println("-----------------測(cè)試改進(jìn)懶漢式單例模式結(jié)束--------------"); } }
5.測(cè)試結(jié)果
七、登記式--代碼實(shí)現(xiàn)
1.基類
package com.hafiz.designPattern.singleton; import java.util.Map; import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap; /** * Desc: 單例模式-登記式 * Created by hafiz.zhang on 2017/9/26. */ public class Singleton4 { private static Map<String, Singleton4> map = new ConcurrentHashMap<>(); protected Singleton4() { System.out.println("--私有化構(gòu)造函數(shù)被調(diào)用--"); } public static Singleton4 getInstance(String name) { if (name == null) { name = Singleton4.class.getName(); System.out.println("--name為空,默認(rèn)賦值為:--" + Singleton4.class.getName()); } if (map.get(name) != null) { System.out.println("name對(duì)應(yīng)的值存在,直接返回"); return map.get(name); } System.out.println("name對(duì)應(yīng)的值不存在,先創(chuàng)建,再返回"); try { Singleton4 result = (Singleton4)Class.forName(name).newInstance(); map.put(name, result); return result; } catch (InstantiationException e) { e.printStackTrace(); } catch (IllegalAccessException e) { e.printStackTrace(); } catch (ClassNotFoundException e) { e.printStackTrace(); } return null; } public Map<String, Singleton4> getMap() { return map; } }
2.子類1
package com.hafiz.designPattern.singleton; /** * Desc: * Created by hafiz.zhang on 2017/9/26. */ public class Singleton4Child1 extends Singleton4 { public static Singleton4Child1 getInstance() { return (Singleton4Child1) Singleton4.getInstance("com.hafiz.designPattern.singleton.Singleton4Child1"); } }
3.子類2
package com.hafiz.designPattern.singleton; /** * Desc: * Created by hafiz.zhang on 2017/9/26. */ public class SingletonChild2 extends Singleton4 { public static SingletonChild2 getInstance() { return (SingletonChild2) Singleton4.getInstance("com.hafiz.designPattern.singleton.SingletonChild2"); } }
4.測(cè)試類
public class DesignPatternTest { @Test public void testSingleton4() { System.out.println("-----------------測(cè)試登記式單例模式開(kāi)始--------------"); System.out.println("第一次取得實(shí)例"); Singleton4 instance1 = Singleton4.getInstance(null); System.out.println("res:" + instance1); System.out.println("第二次獲取實(shí)例"); Singleton4Child1 instance2 = Singleton4Child1.getInstance(); System.out.println("res:" + instance2); System.out.println("第三次獲取實(shí)例"); SingletonChild2 instance3 = SingletonChild2.getInstance(); System.out.println("res:" + instance3); System.out.println("第四次獲取實(shí)例"); SingletonChild2 instance4 = new SingletonChild2(); System.out.println("res:" + instance4); System.out.println("輸出父類Map中所有的單例"); Map<String, Singleton4> map = instance1.getMap(); for (Map.Entry<String, Singleton4> item : map.entrySet()) { System.out.println("map-item:" + item.getKey() + "=" + item.getValue()); } System.out.println("instance1和instance2是否為同一實(shí)例?" + (instance1 == instance2)); System.out.println("-----------------測(cè)試登記式單例模式結(jié)束--------------"); } }
5.測(cè)試結(jié)果
該解決方案的缺點(diǎn):基類的構(gòu)造函數(shù)對(duì)子類公開(kāi)了(protected),有好的解決方案的博友可以討論指教~
八、總結(jié)
經(jīng)過(guò)本文,我們就搞明白了什么叫單例模式,如何優(yōu)雅的實(shí)現(xiàn)經(jīng)典的單例模式,如何進(jìn)行拓展和開(kāi)發(fā)具有線程安全的單例模式。對(duì)于我們以后的開(kāi)發(fā)非常有幫助,也讓我們更加了解單例模式。
以上就是本文的全部?jī)?nèi)容,希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持億速云。
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