操作系统-懒汉式单例模式

懒汉式单例模式的主要好处有以下几点：

1.资源利用效率高:

只有在第一次调用 getInstance() 方法时才创建实例对象,而不是在类加载时就创建。这可以节省系统资源。
2.延迟加载:

实例对象的创建被延迟到第一次使用时,可以减少系统启动时的资源消耗。
3.线程安全:

这种实现方式在多线程环境下是线程安全的。通过对 getInstance() 方法的同步控制,可以确保在多个线程同时访问时,只有一个线程能够创建实例对象。

第一版懒汉模式的代码：

好处：只有instance为空的时候才new一个对象。

缺点：这是线程不安全的。

原因：如果两个线程同时执行 if (instance == null) 检查,并且 instance 恰好是 null，那么两个线程都会创建新的 Singleton 实例,违背了单例模式的设计目的。

java 复制代码

public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }

第二版懒汉模式的代码：

加synchronized关键字进行加锁操作。

好处：这样可以确保在同一时刻只有一个线程能够创建实例对象,从而保证线程安全。

缺点：

1.在高并发的场景下,对 getInstance() 方法加synchronized关键字会带来性能问题。

2.因为每次调用 getInstance() 方法都需要获取锁,这会导致不必要的性能开销。

java 复制代码

public static synchronized Singleton getInstance() {
    if (instance == null) {
        instance = new Singleton();
    }
    return instance;
}

最终版懒汉模式的代码：

为了解决性能问题,可以采用双重检查锁定(Double-Checked Locking, DCL)的方式

在这种实现中,我们先进行一次 instance == null 的检查,如果为 null，才进入同步代码块。在同步代码块内部,再次检查 instance 是否为 null，如果是则创建实例。这样可以大大减少对 synchronized 的使用,提高性能。

java 复制代码

public static Singleton getInstance() {
    if (instance == null) {
        synchronized (Singleton.class) {
            if (instance == null) {
                instance = new Singleton();
            }
        }
    }
    return instance;
}

完整代码：

java 复制代码

class SingletonLazy{
     private static volatile SingletonLazy instance = null;
     private static Object locker = new Object();
     public static SingletonLazy getInstance(){
        if(instance==null){
            synchronized(locker){
                if(instance==null){
                    instance = new SingletonLazy();
                }
            }

        }
         return instance;
     }
     private SingletonLazy(){}
}
public class test1 {
    public static void main(String[] args) {
        SingletonLazy s1 = SingletonLazy.getInstance();
        SingletonLazy s2 = SingletonLazy.getInstance();
        System.out.println(s1 == s2);
    }
}

返回的结果是true为什么呢：

在单例模式中,SingletonLazy 类有一个私有的构造方法,以防止外部直接创建实例。取而代之的是,我们需要通过 getInstance() 方法来获取该类的单例实例。

当我们第一次调用 SingletonLazy.getInstance() 时,方法内部会检查 instance 变量是否为 null。如果是 null,则会创建一个新的 SingletonLazy 实例,并将其赋值给 instance 变量。

在第二次调用 SingletonLazy.getInstance() 时,由于 instance 变量已经不为 null了,所以方法会直接返回之前创建的那个实例。

因此,s1 和 s2 变量都引用了同一个 SingletonLazy 实例,这是单例模式的设计目标。

所以,这段代码只会创建一个 SingletonLazy 实例,而不是两个。s1 和 s2 变量最终都指向同一个实例。

作者最开始理解，两个对象指向的引用不同为啥会返回true呢，问了AI就知道为啥了。上面就是原因。

总结：

在线程不安全的单例模式实现中,确实可能会创建两个以上的对象实例。这是因为在并发环境下,多个线程可能同时检查 instance 变量是否为 null,并且同时创建新的实例。

让我们来看一下不同情况下会发生什么:

线程安全的单例模式:
- 第一次调用 getInstance() 时,会创建一个新的实例并赋值给 instance 变量。
- 后续调用 getInstance() 时,由于 instance 变量已经不为 null,直接返回之前创建的实例。
- 因此,只会创建一个实例。
线程不安全的单例模式:
- 多个线程同时进入 getInstance() 方法,并且都检查到 instance 变量为 null。
- 这些线程会同时创建新的实例,导致最终存在多个实例。
- 这违背了单例模式的设计目标。

所以,在线程不安全的情况下,可能会创建两个或更多的对象实例,这就破坏了单例模式的特性。

这就是为什么在实现单例模式时,我们需要特别注意线程安全的问题。通过同步、双重检查锁等技术,我们可以确保只有一个实例被创建,从而保证单例模式的正确性。