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标题: 设计模式之单例模式 [打印本页]
作者: 六记    时间: 2019-5-19 16:00
标题: 设计模式之单例模式

    这种方法非常简单，因为单例的实例被声明成 static 和 final 变量了，在第一次加载类到内存中时就会初始化，所以创建实例本身是线程安全的。   

class Single{
    private Single(){};//私有化构造函数
    private static Single s = new Single();//创建私有的并静态的本类对象
    public static Single getInstance(){   //创建公有的静态的对外的获取方式
        return s;   //返回本类对象
    }
}


    这种写法如果完美的话，就没必要啰嗦那么多双检锁的问题了。缺点是它不是一种懒加载模式（lazy initialization），单例会在加载类后一开始就被初始化，即使客户端没有调用 getInstance() 方法。饿汉式的创建方式在一些场景中将无法使用：譬如 Singleton 实例的创建是依赖参数或者配置文件的，在 getInstance() 之前必须调用某个方法设置参数给它，那样这种单例写法就无法使用了。


class Single{
    private Single(){};
    private static Single s = null;
    public static Single getInstance{
        if(s==null){
            s = new Single();
        }
        return s;   
    }
}


                    
//为了解决上面的问题，最简单的方式就是将 getInstance() 方式设为同步（synchronized）
public static synchronized Single getInstance(){
    if(s==null){
            s = new Single();
        }
        return s;
}


       虽然做到了线程安全，并且解决了多实例的问题，但是它并不高效。因为在任何时候都只能有一个线程调用 getInstance() 方法。但是同步操作只需要在第一次调用时才被需要，即第一次创建单例实例对象时。这就引出了双重检验锁。


        双重检验锁模式（double checked locking pattern），是一种使用同步块加锁的方式。程序员称其为双重检查锁，因为会两次检验 instance == null，一次是在同步块外，一次是在同步块内。为什么在同步块内还要在检验一次？因为可能会有多个线程一起进入同步块外的 if，如果在同步块内不进行二次检验的话就会生成多个实例了。 只有getInstance()的第一次调用需要同步创建对象，创建之后getInstance()只是简单的返回成员变量，而这里是无需同步的。

public static Single getInstance(){
    if(s == null){                //Single Checked
        synchronized(Single.class){   
            if(s1\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\ == null){       //Double Checked
                s = new Single();
            }
        }  
    }
        return s;
}


    这段代码看起来很完美，但可惜，它是有问题。主要在于 s = new Single() 这句，这并非是一个原子操作，事实上 JVM 中这句话大概做了下面三件事情。

    ① 给 s 对象分配内存
    ② 调用 Single 的构造函数来初始化成员变量
    ③ 将 s 对象指向分配的内存空间（执行完这步 s 就非 null 了）

    但是在 JVM 的即时编译器中存在指令重排序的优化。也就是说上面的第二步和第三步的顺序是不能保证的，最终的执行顺序可能是 1-2-3 也可能是 1-3-2 。如果是后者，则在第三步执行完毕，第二步未执行之前，就被线程二抢占了，这时 s 已经是非 null 了（但却没有初始化），所以线程二会直接返回 s，然后使用，然后顺理成章的报错。

    我们只需要将 s 变量声明成 volatile 就可以了
   
public class Single{
    private volatile static Single s; //声明成 volatile
    private Single(){};
    public static Single getSingle(){
        if(s == null){
            synchronized(Single.class){
                if(s == null){
                    s = new Single();
                }
            }        
        }
        return s;
    }
}

   
    有些人认为使用 volatile 的原因是可见性，也就是可以保证线程在本地不会存有 instance 的副本，每次都是去主内存中读取。但其实是不对的。使用volatile 的主要原因是其另一个特性：禁止指令重排序优化。也就是说，在 volatile 变量的赋值操作后面会有一个内存屏障（生成的汇编代码上），读操作的时候必须在执行完 1-2-3 之后或者 1-3-2 之后，不存在执行到 1-3 然后取到值的情况。从「先行发生原则」的角度理解的话，就是对于一个 volatile 变量的写操作都先行发生于后面对这个变量的读操作（这里的“后面”是指时间上的先后顺序）。

    但是特别注意在 Java 5 以前的版本使用了 volatile 的双检锁还是有问题的。其原因是 Java 5 以前的 JVM （Java 内存模型）是存在缺陷的，即使将变量声明成 volatile 也不能完全避免重排序，主要是 volatile 变量前后的代码仍然存在重排序问题。这个 volatile 屏蔽重排序的问题在 Java 5 中才得以修复，所以在这之后才可以放心使用 volatile。

    相信你不会喜欢这种复杂又隐含问题的方式，当然我们有更好的实现线程安全的单例模式的办法。----- 饿汉式


    我比较倾向于使用静态内部类的方法，这种方法也是《Effective Java》上所推荐的。

public class Singleton{
    private static class SingletonHolder{
        private static final Singleton instance = new Singleton();
    }
    private Singleton(){}
    public static final Singleton getInstance{
         return SingletonHolder.instance;
    }
}


    这种写法仍然使用 JVM 本身机制保证了线程安全问题；由于SingleHolder 是私有的，除了 getInstance() 之外没有方法访问它，因此它是懒汉式的；同时读取实例的时候不会进行同步，没有性能缺陷；也不依赖 JDK 版本。


    用枚举写单例实在是太简单了！这也是它最大的优点。下面这段代码就是声明每句实例的通常做法。

public enum EasySingleton{
    INSTANCE;
}


    我们可以通过EasySingleton.INSTANCE来访问实例，这比调用getInstance() 方法简单多了。创建枚举默认就是线程安全的，所以不需要担心 double checked locking ，而且还能防止反序列化导致重新创建新的对象。但是还是很少看到有人这样写，可能是因为不太熟悉吧。

        总结

    一般来说，单例模式有五种写法：懒汉、饿汉、双重检验锁、静态内部类、枚举。上述所说都是线程安全的实现，文章开头给出的第一种方法（指的是第一种懒汉式）不算正确的写法。救我个人而言，一般情况下直接使用饿汉式就好了，如果明确要求要懒加载（lazy initialization）会倾向于使用静态内部类，如果涉及到反序列化创建对象时会试着使用枚举的方式来实现单例。
   



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