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JavaEE 初阶篇-深入了解单例模式(经典单例模式:饿汉模式、懒汉模式)

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文章目录

        1.0 单例模式的概述

        2.0 单例模式 - 饿汉式单例

        2.1 关于饿汉式单例的线程安全问题

        3.0 单例模式 - 懒汉式单例

        3.1 关于懒汉式单例的线程安全问题

        3.1.1 加锁 synchronized 方法

        3.1.2 双重检查锁定


        1.0 单例模式的概述

        单例模式是一种常见的设计模式,其核心思想是确保一个类只有一个实例,并提供一个全局访问点来访问这个实例。单例模式通常用于需要全局访问点且只需要一个实例的情况。

单例特点包括:

        1)一个类只有一个实例对象。

        2)提供全局访问点,允许其对象访问这个实例。

        3)通过静态方法或静态变量实现。

常见的单例模式实现方法包括:

        1)饿汉式单例:在类加载时即创建实例。

        2)懒汉式单例:在第一次使用时创建实例。

使用单例模式的好处:

        使用单例模式可以避免多次实例化对象,节省内存资源,并且提供一个统一的访问点,方便管理和维护。

        2.0 单例模式 - 饿汉式单例

        “饿汉”顾名思义,有迫不及待的意思,看到食物就迫切想吃。因此,在类加载的时候,需要立即创建实例对象。为了保证只有一个实例对象,对外的静态对象实例需要封装起来,且对外的构造器也需要封装起来,对外有一个获取实例对象的静态方法即可。

代码如下:

public class Singleton {
    // 在类加载时即创建实例对象
    private static Singleton instance = new Singleton();

    // 将构造器设为私有,外部无法直接实例化
    private Singleton() {
    }

    // 提供一个公共的静态方法来获取实例对象
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }

    // 其他方法和属性
}

        通过这种方式,可以保证在程序运行过程中始终只有一个实例对象存在,且外部通过静态方法 getInstance() 来获取实例对象,确保了单例模式的实现。这种方式适合在程序初始化时就需要创建实例对象的情况下使用。

        2.1 关于饿汉式单例的线程安全问题

        在“饿汉式”单例模式中,由于在类加载时就创建实例对象,并且在静态变量中直接初始化实例,因此在多线程环境下是线程安全的。

        类加载过程是由类加载器负责,保证了在多线程环境下只会加载一次类,因此也只会创建一个实例对象。

        因此,如果使用“饿汉式”单例模式,在多线程环境下不需要额外的同步措施,可以保证线程安全。每个线程在访问该单例类的时候都会得到同一个实例对象,不会出现多个实例对象被创建的情况。

        3.0 单例模式 - 懒汉式单例

        当需要获取第一个实例对象的时候,才会去创建实例对象。

        为了保证该类只有一个实例对象,需要对外的构造方法封装,在还没获取实例对象的时候,将静态变量赋值为 null 。再提供一个静态方法来获取实例对象,当获取实例对象的时候,先会判断还对象的变量是否为 null ,如果为 null 时,这时候需要立即创建对象,然后返回该对象;如果实例对象的变量不为 null 时,直接方法该实例对象。

代码如下:

public class SingletonLazy {
    private static SingletonLazy singleton = null;
    //私有的构造方法
    private SingletonLazy(){

    }
    //获取实例对象的方法,变量不为 null 的时候直接返回该实例对象
    public static SingletonLazy getInstance(){
        if (singleton == null){
            singleton = new SingletonLazy();
        }
        return singleton;
    }
    //其他方法和属性

}

        3.1 关于懒汉式单例的线程安全问题

        懒汉式单例模式在多线程环境下存在安全问题,需要通过加锁等方式来解决。

        在懒汉单例模式中,实例对象在第一次被调用时才会被创建,如果这时候,多个线程同时调用 getInstance() 方法,可能会导致多个实例对象被创建,破环了单例的特性。

解决方法:可以通过加锁方式来确保线程安全

        3.1.1 加锁 synchronized 方法

        在 getInstance() 方法上加上 synchronized 关键字,确保在多线程环境下只有一个线程可以进入该方法,保证只创建一个实例对象。但是这种方式会影响性能,因为每次调用 getInstance() 都需要获取锁。

代码如下:

public class SingletonLazy {
    private static SingletonLazy singleton = null;
    //私有的构造方法
    private SingletonLazy(){

    }
    //获取实例对象的方法,变量不为 null 的时候直接返回该实例对象
    public static synchronized SingletonLazy getInstance(){
        if (singleton == null){
            singleton = new SingletonLazy();
        }
        return singleton;
    }
    //其他方法
    public void fun(){
        System.out.println("懒汉单例模式");
    }
}

        在静态方法 getInstance() 方法上加上了 synchronized 修饰。每当多线程抢占获取锁的时候,没有获取锁的线程需要阻塞等待。这就保证了线程安全问题。

        3.1.2 双重检查锁定

        从代码执行效率这方面来看,每一个获取实例对象的时候,都需要阻塞等待,且只有创建对象的时候才需要真正的用到锁这个作用,其余大部分不需要来创建实例对象,只需要获取实例对象。

        在 getInstance() 方法中进行双重检查,先判断实例是否已经被创建,如果没有再进行加锁创建实例。这种方式可以减少加锁的次数,提高性能。

优化代码如下:

public class SingletonLazy {
    private static volatile SingletonLazy singleton = null;
    //私有的构造方法
    private SingletonLazy(){

    }
    //获取实例对象的方法,变量不为 null 的时候直接返回该实例对象
    public static SingletonLazy getInstance(){
        if (singleton == null){
            synchronized (SingletonLazy.class){
                if (singleton == null){
                    singleton = new SingletonLazy();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
    //其他方法
    public void fun(){
        System.out.println("懒汉单例模式");
    }
}

        第一个 if 判断是否要加锁,实例化之后,线程自然安全,就无需加锁了,实例化之前, new 之前,就应该加锁。

        第二个 if 判断是否要创建对象。

        通过双重 if 避免了不可重复读带来的负面影响,避免了重复创建对象。

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