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2022/06/17阅读:32主题:默认主题

五种方式实现 Java 单例模式

前言

单例模式(Singleton Pattern)是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式,它提供了一种创建对象的最佳方式。

这种模式涉及到一个单一的类,该类负责创建自己的对象,同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式,可以直接访问,不需要实例化该类的对象。

饿汉单例

是否多线程安全:是

是否懒加载:否

正如名字含义,饿汉需要直接创建实例。

public class EhSingleton {

    private static EhSingleton ehSingleton = new EhSingleton();

    private EhSingleton() {}

    public static EhSingleton getInstance(){
        return ehSingleton;
    }
}

缺点: 类加载就初始化,浪费内存 优点: 没有加锁,执行效率高。还是线程安全的实例。

懒汉单例

懒汉单例,在类初始化不会创建实例,只有被调用时才会创建实例。

非线程安全的懒汉单例

是否多线程安全:否

是否懒加载: 是

public class LazySingleton {

    private static LazySingleton ehSingleton;

    private LazySingleton() {}

    public static LazySingleton getInstance() {
        if (ehSingleton == null) {
            ehSingleton = new LazySingleton();
        }
        return ehSingleton;

    }

}

实例在调用 getInstance 才会创建实例,这样的优点是不占内存,在单线程模式下,是安全的。但是多线程模式下,多个线程同时执行 if (ehSingleton == null) 结果都为 true,会创建多个实例,所以上面的懒汉单例是一个线程不安全的实例。

加同步锁的懒汉单例

是否多线程安全:是

是否懒加载: 是

为了解决多个线程同时执行 if (ehSingleton == null) 的问题,getInstance 方法添加同步锁,这样就保证了一个线程进入了 getInstance 方法,别的线程就无法进入该方法,只有执行完毕之后,其他线程才能进入该方法,同一时间只有一个线程才能进入该方法。

public class LazySingletonSync {

    private static LazySingletonSync lazySingletonSync;

    private LazySingletonSync() {}

    public static synchronized LazySingletonSync getInstance() {
        if (lazySingletonSync == null) {
            lazySingletonSync =new LazySingletonSync();
        }
        return lazySingletonSync;
    }

}

这样配置虽然保证了线程的安全性,但是效率低,只有在第一次调用初始化之后,才需要同步,初始化之后都不需要进行同步。锁的粒度太大,影响了程序的执行效率。

双重检验懒汉单例

是否多线程安全:是

是否懒加载:是

使用 synchronized 声明的方法,在多个线程访问,比如A线程访问时,其他线程必须等待A线程执行完毕之后才能访问,大大的降低的程序的运行效率。这个时候使用 synchronized 代码块优化执行时间,减少锁的粒度

双重检验首先判断实例是否为空,然后使用 synchronized (LazySingletonDoubleCheck.class) 使用类锁,锁住整个类,执行完代码块的代码之后,新建了实例,其他代码都不走 if (lazySingletonDoubleCheck == null) 里面,只会在最开始的时候效率变慢。而 synchronized 里面还需要判断是因为可能同时有多个线程都执行到 synchronized (LazySingletonDoubleCheck.class) ,如果有一个线程线程新建实例,其他线程就能获取到 lazySingletonDoubleCheck 不为空,就不会再创建实例了。

public class LazySingletonDoubleCheck {

    private static LazySingletonDoubleCheck lazySingletonDoubleCheck;

    private LazySingletonDoubleCheck() {}

    public static LazySingletonDoubleCheck getInstance() {
        if (lazySingletonDoubleCheck == null) {
            synchronized (LazySingletonDoubleCheck.class) {
                if (lazySingletonDoubleCheck == null) {
                    lazySingletonDoubleCheck = new LazySingletonDoubleCheck();
                }
            }
        }
        return lazySingletonDoubleCheck;
    }
}

静态内部类

是否多线程安全:是

是否懒加载:是

外部类加载时,并不会加载内部类,也就不会执行 new SingletonHolder(),这属于懒加载。只有第一次调用 getInstance() 方法时才会加载 SingletonHolder 类。而静态内部类是线程安全的。

静态内部类为什么是线程安全

静态内部类利用了类加载机制的初始化阶段 方法,静态内部类的 静态变量赋值操作,实际就是一个 方法 ,当执行 getInstance() 方法时,虚拟机才会加载 SingletonHolder 静态内部类,

然后在加载静态内部类,该内部类有静态变量,JVM会改内部生成 方法,然后在初始化执行 方法 —— 即执行静态变量的赋值动作。

虚拟机会保证 方法在 多线程环境下使用加锁同步,只会执行一次 方法。

这种方式不仅实现延迟加载,也保障线程安全。

public class StaticClass {

    private StaticClass() {}

    private static class SingletonHolder {
        private static final SingletonHolder INSTANCE = new SingletonHolder();
    }

    public static final SingletonHolder getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

总结

  • 饿汉单例类加载就初始化,在没有加锁的情况下实现了线程安全,执行效率高。但是无论有没有调用实例都会被创建,比较浪费内存。
  • 为了解决内存的浪费,使用了懒汉单例,但是懒汉单例在多线程下会引发线程不安全的问题。
  • 不安全的懒汉单例,使用 synchronized 声明同步方法,获取实例就是安全了。
  • synchronized 声明方法每次线程调用方法,其它线程只能等待,降低了程序的运行效率。
  • 为了减少锁的粒度,使用 synchronized 代码块,因为只有少量的线程获取实例,实例是null,创建实例之后,后续的线程都能获取到线程,也就无需使用锁了。可能多个线程执行到 synchronized ,所以同步代码块还需要再次判断一次。
  • 静态内部类赋值实际是调用 方法,而虚拟机保证 方法使用锁,保证线程安全。

分类:

后端

标签:

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