单例模式:饿汉模式、懒汉模式

目录

一、什么是单例模式

二、饿汉模式

三、懒汉模式


一、什么是单例模式

单例模式是Java中的设计模式之一,能够保证某个类在程序中只存在唯一一份实例,而不会创建出多个实例

单例模式有很多实现方式,最常见的是饿汉和懒汉两种模式

二、饿汉模式

饿汉模式在类加载时就创建实例

如何实现饿汉式单例模式?

  1. 在类中完成实例的初始化,在创建的类中创建唯一实例

  2. 对外提供获取该唯一实例的方法,提供访问该实例的全局静态方法getInstance(),来获取该类的唯一实例

  3. 构造方法私有化,保证类外部不能实例化,只有在类中创建的唯一实例

java 复制代码
//饿汉式单例模式
public class HungrySingLeton {
    //在类中创建唯一实例
    private static final HungrySingLeton instance = new HungrySingLeton();
    
    //构造方法私有化,保证类外部不能进行实例化
    private HungrySingLeton(){}

    //对外提供获取该唯一实例的方法
    public static HungrySingLeton getInstance(){
        return instance;
    }
}

饿汉式单例模式线程安全吗?

饿汉式单例模式在类加载时就进行初始化,创建唯一实例。它在线程还没出现之前就实例化了,外部只能通过getInstance()方法来获取唯一实例,相当于"读操作",因此是线程安全的

饿汉式单例模式的缺点

在类加载时就创建实例,并一直在内存中,若不使用该实例,该实例仍然存在,此时存在内存浪费问题

三、懒汉模式

类加载时不创建实例,直到第一次使用的时候才创建实例

如何实现懒汉模式?

懒汉模式的实现与饿汉模式类似,唯一的区别是懒汉模式直到第一次使用的时候才会创建实例

  1. 在类中创建唯一实例,并将该实例的初始值设为null

  2. 对外提供获取该唯一实例的方法,若是第一次使用该方法,则创建实例

  3. 构造方法私有化,保证类外部不能实例化,只有在类中创建的唯一实例

java 复制代码
public class LazySingleton {
    //在类中创建唯一实例,并将其置为null
    private static LazySingleton instance = null;
    
    //构造方法私有化,保证类外部不能进行实例化
    private LazySingleton(){}
    
    //对外提供获取该唯一实例的方法
    public static LazySingleton getInstance(){
        //若是第一次使用该方法,则初始化instance
        if (instance == null){
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }
    
}

懒汉模式线程安全吗?

在多线程情况下,可能会出现创建多个实例的情况

如何解决线程安全问题?

通过加锁,来解决线程安全问题

判断instance是否为空,和创建实例两个操作加上锁 ,或是直接在方法上加上synchronized,从而保证在上图的情况下,也只创建一个实例

java 复制代码
public static LazySingleton getInstance(){
        synchronized (LazySingleton.class){
            //若是第一次使用该方法,则初始化instance
            if (instance == null){
                instance = new LazySingleton();
            }
        }
        return instance;
    }

java 复制代码
public synchronized static LazySingleton getInstance(){
        //若是第一次使用该方法,则初始化instance
        if (instance == null){
            instance = new LazySingleton();
        }
        return instance;
    }

此时

由于加锁和解锁开销较高,而懒汉式单例模式仅在第一次调用时,才会存在可能创建多个实例的问题,在后面调用getInstance()方法时,判断instance不为空,直接返回instance,而在加锁后,无论是否已经存在实例,在多线程情况下都会发生阻塞,此时存在执行效率低的问题

因此,在加锁前,判断是否已经创建实例,若已经创建实例,则直接返回instance,若未创建实例,则进行加锁操作

java 复制代码
 public static LazySingleton getInstance(){
        //判断是否已经创建实例,若已经创建实例,则不加锁,直接返回instance
        if(instance == null){
            //若实例未创建,则向下执行来竞争锁
            //竞争成功的锁,进行创建实例操作
            synchronized (LazySingleton.class){
                //在竞争成功的锁创建实例并释放锁后
                //其他竞争到锁的线程被内层if挡住,不会创建多个实例
                if (instance == null){
                    instance = new LazySingleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }

通过两个if条件判断,降低了锁竞争的频率,既保证了线程安全,又提高了执行效率

此时线程安全了吗?

此时,指令重排序,也可能引起线程安全问题

指令重排序,是编译器优化的一种方式,通过调整原有代码的执行顺序,在保证逻辑不变的前提下,提高程序的效率

在创建实例时,可将其分为三个步骤

1. 申请一段内存空间

2. 在该内存空间上调用构造方法,创建出实例

3. 将该内存地址赋值给instance引用变量

正常情况下,创建实例是按照1 2 3的顺序来执行的,而编译器也可能会将其优化为1 3 2的顺序来执行

而当按照1 3 2 的方式来创建实例时,就可能会出现问题

如何解决指令重排序带来的线程安全问题?

使用volatile

volatile能够禁止指令重排序,从而保证创建实例时,按照1 2 3的顺序来创建出实例,保证创建出初始化的实例

java 复制代码
public class LazySingleton {
    //在类中创建唯一实例,并将其置为null
    //volatile:禁止指令重排序
    private volatile static LazySingleton instance = null;

    //构造方法私有化,保证类外部不能进行实例化
    private LazySingleton() {
    }

    //对外提供获取该唯一实例的方法
    public static LazySingleton getInstance() {
        //判断是否已经创建实例,若已经创建实例,则不加锁,直接返回instance
        if (instance == null) {
            //若实例未创建,则向下执行来竞争锁
            //竞争成功的锁,进行创建实例操作
            synchronized (LazySingleton.class) {
                //在竞争成功的锁创建实例并释放锁后
                //其他竞争到锁的线程被内层if挡住,不会创建多个实例
                if (instance == null) {
                    instance = new LazySingleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

懒汉模式在类加载时,并没有进行实例化,而是在第一次调用getInstance()方法的时候,才进行实例化。若一直没有调用getInstance()方法,则不创建该唯一实例,此时节省了实例化的开销

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