单例模式及其使用场景

单例模式(Singleton):指在一个系统中某个类只存在一个实例,类中自行实例化,实例向该系统提供统一的访问接口。

单例模式有两种表现形式,饿汉式:类加载时,就进行实例化;懒汉式,第一次引用类时才进行实例化。

饿汉式,代码如图1所示,我们以日志记录器类为例进行说明。

在类加载时,logger会被初始化。图1中第6行代码私有了构造方法,保证不被外部代码直接实例化。由于构造函数私有,该类无法被继承。通过getInstance方法获得实例,实例再通过info方法统一操作日志文件。

懒汉式

图2中9---11行,在多个线程同时在这一区块(临界区)执行时,由于线程的走走停停特性,可能会得到多个实例。例如线程一刚好执行完图2第9行代码,此时由于分配给线程一的时间片用完,轮到线程二执行图2中第9行代码后,假如又执行了第10行代码,而后线程一得到了时间片可以继续执行第10行代码,这时就会存在两个logger对象。

解决方式一,如图3,可以解决多线程问题,然而所有线程会排队等锁,这就意味着每次调用getInstance方法时都需要获取锁才会执行,这对调用方可能有影响。


解决方式二,如图4第4行,静态变量logger被volatile修饰,能保证各个线程中访问logger时的一致性,即如果线程一修改了logger的值,其它线程在访问logger变量的值时会得到修改后的值。但是如果不加图4中第10---11、13---14行代码,也同样会面临图2中遇到的问题,会创建多个logger实例。因此,当多个线程在执行图4中10---14行代码是,只有第一个线程可以进入,创建完实例后离开,而后在排队等待锁的第二个线程获得锁进入10---14行代码块,此时因为volatile关键字的作用,线程二访问到的logger变量已经不为空,因11,13行代码对logger进行了判断,就不会再创建新的实例。在排队等待锁的第三、四、...等线程情况与第二线程类似,此时,如果再有线程进入getInstance方法,图4中的第9、15行将会判断logger是否为空,如果不为空就不会去排队等待进入10---14行代码的锁,这样,后面的线程在执行gelInstance方法时的速度就会得到提高,而不会引起调用方阻塞。

使用场景:唯一序列;只能允许一个线程访问(如计数器,确保线程安全);创建一个对象需要消耗的资源多(如写日志)等。

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