摘要:所以,在版本前,双重检查锁形式的单例模式是无法保证线程安全的。
单例模式可能是代码最少的模式了,但是少不一定意味着简单,想要用好、用对单例模式,还真得费一番脑筋。本文对Java中常见的单例模式写法做了一个总结,如有错漏之处,恳请读者指正。
饿汉法
顾名思义,饿汉法就是在第一次引用该类的时候就创建对象实例,而不管实际是否需要创建。代码如下:
public class Singleton {
private static Singleton = new Singleton(); private Singleton() {} public static getSignleton(){ return singleton; }
}
这样做的好处是编写简单,但是无法做到延迟创建对象。但是我们很多时候都希望对象可以尽可能地延迟加载,从而减小负载,所以就需要下面的懒汉法:
懒汉法单线程写法这种写法是最简单的,由私有构造器和一个公有静态工厂方法构成,在工厂方法中对singleton进行null判断,如果是null就new一个出来,最后返回singleton对象。这种方法可以实现延时加载,但是有一个致命弱点:线程不安全。如果有两条线程同时调用getSingleton()方法,就有很大可能导致重复创建对象。
public class Singleton { private static Singleton singleton = null; private Singleton(){} public static Singleton getSingleton() { if(singleton == null) singleton = new Singleton(); return singleton; } }
考虑线程安全的写法
这种写法考虑了线程安全,将对singleton的null判断以及new的部分使用synchronized进行加锁。同时,对singleton对象使用volatile关键字进行限制,保证其对所有线程的可见性,并且禁止对其进行指令重排序优化。如此即可从语义上保证这种单例模式写法是线程安全的。注意,这里说的是语义上,实际使用中还是存在小坑的,会在后文写到。
public class Singleton { private static volatile Singleton singleton = null; private Singleton(){} public static Singleton getSingleton(){ synchronized (Singleton.class){ if(singleton == null){ singleton = new Singleton(); } } return singleton; } }
兼顾线程安全和效率的写法
虽然上面这种写法是可以正确运行的,但是其效率低下,还是无法实际应用。因为每次调用getSingleton()方法,都必须在synchronized这里进行排队,而真正遇到需要new的情况是非常少的。所以,就诞生了第三种写法:
public class Singleton { private static volatile Singleton singleton = null; private Singleton(){} public static Singleton getSingleton(){ if(singleton == null){ synchronized (Singleton.class){ if(singleton == null){ singleton = new Singleton(); } } } return singleton; } }
这种写法被称为“双重检查锁”,顾名思义,就是在getSingleton()方法中,进行两次null检查。看似多此一举,但实际上却极大提升了并发度,进而提升了性能。为什么可以提高并发度呢?就像上文说的,在单例中new的情况非常少,绝大多数都是可以并行的读操作。因此在加锁前多进行一次null检查就可以减少绝大多数的加锁操作,执行效率提高的目的也就达到了。
坑
-
那么,这种写法是不是绝对安全呢?前面说了,从语义角度来看,并没有什么问题。但是其实还是有坑。说这个坑之前我们要先来看看volatile这个关键字。其实这个关键字有两层语义。第一层语义相信大家都比较熟悉,就是可见性。可见性指的是在一个线程中对该变量的修改会马上由工作内存(Work Memory)写回主内存(Main Memory),所以会马上反应在其它线程的读取操作中。顺便一提,工作内存和主内存可以近似理解为实际电脑中的高速缓存和主存,工作内存是线程独享的,主存是线程共享的。volatile的第二层语义是禁止指令重排序优化。大家知道我们写的代码(尤其是多线程代码),由于编译器优化,在实际执行的时候可能与我们编写的顺序不同。编译器只保证程序执行结果与源代码相同,却不保证实际指令的顺序与源代码相同。这在单线程看起来没什么问题,然而一旦引入多线程,这种乱序就可能导致严重问题。volatile关键字就可以从语义上解决这个问题。
注意,前面反复提到“从语义上讲是没有问题的”,但是很不幸,禁止指令重排优化这条语义直到jdk1.5以后才能正确工作。此前的JDK中即使将变量声明为volatile也无法完全避免重排序所导致的问题。所以,在jdk1.5版本前,双重检查锁形式的单例模式是无法保证线程安全的。
静态内部类法那么,有没有一种延时加载,并且能保证线程安全的简单写法呢?我们可以把Singleton实例放到一个静态内部类中,这样就避免了静态实例在Singleton类加载的时候就创建对象,并且由于静态内部类只会被加载一次(JVM机制),所以这种写法也是线程安全的:
public class Singleton { private static class Holder { private static Singleton singleton = new Singleton(); } private Singleton(){} public static Singleton getSingleton(){ return Holder.singleton; } }
但是,上面提到的所有实现方式都有两个共同的缺点:
都需要额外的工作(Serializable、transient、readResolve())来实现序列化,否则每次反序列化一个序列化的对象实例时都会创建一个新的实例。
可能会有人使用反射强行调用我们的私有构造器(如果要避免这种情况,可以修改构造器,让它在创建第二个实例的时候抛异常)。
枚举写法当然,还有一种更加优雅的方法来实现单例模式,那就是枚举写法:
public enum Singleton {
INSTANCE; private String name; public String getName(){ return name; } public void setName(String name){ this.name = name; }
}
使用枚举除了线程安全和防止反射强行调用构造器之外,还提供了自动序列化机制,防止反序列化的时候创建新的对象。因此,Effective Java推荐尽可能地使用枚举来实现单例。
总结
这篇文章发出去以后得到许多反馈,这让我受宠若惊,觉得应该再写一点小结。代码没有一劳永逸的写法,只有在特定条件下最合适的写法。在不同的平台、不同的开发环境(尤其是jdk版本)下,自然有不同的最优解(或者说较优解)。
比如枚举,虽然Effective Java中推荐使用,但是在Android平台上却是不被推荐的。在这篇Android Training中明确指出:
Enums often require more than twice as much memory as static constants. You should strictly avoid using enums on Android.
再比如双重检查锁法,不能在jdk1.5之前使用,而在Android平台上使用就比较放心了(一般Android都是jdk1.6以上了,不仅修正了volatile的语义问题,还加入了不少锁优化,使得多线程同步的开销降低不少)。
最后,不管采取何种方案,请时刻牢记单例的三大要点:
线程安全
延迟加载
序列化与反序列化安全
参考资料
《Effective Java(第二版)》
《深入理解Java虚拟机——JVM高级特性与最佳实践(第二版)》
转载出自https://www.cnblogs.com/andy-...
文章版权归作者所有,未经允许请勿转载,若此文章存在违规行为,您可以联系管理员删除。
转载请注明本文地址:https://www.ucloud.cn/yun/74294.html
摘要:使用静态类体现的是基于对象,而使用单例设计模式体现的是面向对象。二编写单例模式的代码编写单例模式的代码其实很简单,就分了三步将构造函数私有化在类的内部创建实例提供获取唯一实例的方法饿汉式根据上面的步骤,我们就可以轻松完成创建单例对象了。 前言 只有光头才能变强 回顾前面: 给女朋友讲解什么是代理模式 包装模式就是这么简单啦 本来打算没那么快更新的,这阵子在刷Spring的书籍。在看...
摘要:如果需要防范这种攻击,请修改构造函数,使其在被要求创建第二个实例时抛出异常。单例模式与单一职责原则有冲突。源码地址参考文献设计模式之禅 定义 单例模式是一个比较简单的模式,其定义如下: 保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。 或者 Ensure a class has only one instance, and provide a global point of ac...
摘要:总结我们主要介绍到了以下几种方式实现单例模式饿汉方式线程安全懒汉式非线程安全和关键字线程安全版本懒汉式双重检查加锁版本枚举方式参考设计模式中文版第二版设计模式深入理解单例模式我是一个以架构师为年之内目标的小小白。 初遇设计模式在上个寒假,当时把每个设计模式过了一遍,对设计模式有了一个最初级的了解。这个学期借了几本设计模式的书籍看,听了老师的设计模式课,对设计模式算是有个更进一步的认识。...
摘要:关于对于重排序的讲解,强烈推荐阅读程晓明写的深入理解内存模型二重排序。语义语义单线程下,为了优化可以对操作进行重排序。编译器和处理器为单个线程实现了语义,但对于多线程并不实现语义。双重加载的单例模式分析即双重检查加锁。 版权声明:本文由吴仙杰创作整理,转载请注明出处:https://segmentfault.com/a/1190000009231182 1. 引言 在开始分析双重加锁单...
摘要:总之,选择单例模式就是为了避免不一致状态,避免政出多头。二饿汉式单例饿汉式单例类在类初始化时,已经自行实例化静态工厂方法饿汉式在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用,以后不再改变,所以天生是线程安全的。 概念: Java中单例模式是一种常见的设计模式,单例模式的写法有好几种,这里主要介绍两种:懒汉式单例、饿汉式单例。 单例模式有以下特点: 1、单例类只能有一个实例。 ...
摘要:一般来说,这种单例实现有两种思路,私有构造器,枚举。而这种方式又分了饱汉式,饿汉式。通过关键字防止指令重排序。什么是单例?为什么要用单例? 一个类被设计出来,就代表它表示具有某种行为(方法),属性(成员变量),而一般情况下,当我们想使用这个类时,会使用new关键字,这时候jvm会帮我们构造一个该类的实例。而我们知道,对于new这个关键字以及该实例,相对而言是比较耗费资源的。所以如果我们能够想...
阅读 768·2021-11-18 10:02
阅读 2439·2021-11-11 16:54
阅读 2713·2021-09-02 09:45
阅读 631·2019-08-30 12:52
阅读 2641·2019-08-29 14:04
阅读 2715·2019-08-29 12:39
阅读 416·2019-08-29 12:27
阅读 1873·2019-08-26 13:23