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Java多线程(七):单例模式详解_澄白易_java多线程单例模式

发布时间:2022-10-24 18:31:35 Java 0次 标签:java-ee 后端 多线程 单例模式
目录1. 什么是单例模式2. 单例模式的特点3. 单例模式的实现3.1 单例模式实现步骤3.2 单例模式实现方式3.2.1 饿汉方式3.2.2 懒汉方式1. 什么是单例模式java中单例模式是一种常见的设计模式,单例模式确保某个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。在计算机系统中,线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能。每台计算机可以有若干个打印机,但只能有一个......

目录

1. 什么是单例模式

2. 单例模式的特点

3. 单例模式的实现

3.1 单例模式实现步骤

3.2 单例模式实现方式

3.2.1 饿汉方式

3.2.2 懒汉方式


1. 什么是单例模式

????????java中单例模式是一种常见的设计模式,单例模式确保某个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。在计算机系统中,线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能。每台计算机可以有若干个打印机,但只能有一个Printer Spooler,以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干通信端口,系统应当集中管理这些通信端口,以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。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。简而言之,单例模式能保证某个类在程序中只存在唯??份实例, 而不会创建出多个实例。

2. 单例模式的特点

    单例类只能有一个实例。单例类必须自己创建自己的唯一实例。单例类必须给所有其他对象提供这一实例。

3. 单例模式的实现

3.1 单例模式实现步骤

    设置私有的构造函数;声明?个私有的对象属性;提供?个公共的获取实例的方法。

3.2 单例模式实现方式

单例模式具体的实现方式, 分成 "饿汉" 和 "懒汉" 两种:

饿汉方式(线程安全)懒汉方式(使用时才加载,可以避免资源不必要的浪费)

3.2.1 饿汉方式

实现代码:

public class DataSourceSingleton {
    // 1.提供私有的构造方法(防止外部直接new对象)
    private DataSourceSingleton() {}

    // 2.创建一个私有的属性对象
    private static DataSourceSingleton dataSource = new DataSourceSingleton();

    // 3.提供公共对外的单例对象
    public static DataSourceSingleton getInstance() {
        return dataSource;
    }
}

3.2.2 懒汉方式

(1)单线程版本(非线程安全的)

public class DataSourceSingleton2 {
    // 1.提供私有的构造方法(防止外部直接new对象)
    private DataSourceSingleton2() {}

    // 2.创建一个私有的属性对象
    private static DataSourceSingleton2 dataSource = null;

    // 3.提供公共对外的单例对象
    public static DataSourceSingleton2 getInstance() {
        if (dataSource == null) {
            // 第一次访问
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            dataSource = new DataSourceSingleton2();
        }
        return dataSource;
    }
}

测试:

public class DataSourceTest {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(() -> {
            System.out.println(DataSourceSingleton2.getInstance());
        });

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            System.out.println(DataSourceSingleton2.getInstance());
        });

        Thread t3 = new Thread(() -> {
            System.out.println(DataSourceSingleton2.getInstance());
        });

        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

?测试结果:

?????????可以看到产生了三个实例,而非一个,线程不安全。这种方式只能在单线程下使用。如果在多线程下,一个线程进入了if (dataSource == null)判断语句块,还未来得及往下执行,另一个线程也通过了这个判断语句,这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式。

(2)线程安全改进版一

public class DataSourceSingleton2 {
    // 1.提供私有的构造方法(防止外部直接new对象)
    private DataSourceSingleton2() {}

    // 2.创建一个私有的属性对象
    private static DataSourceSingleton2 dataSource = null;

    // 3.提供公共对外的单例对象
    public synchronized static DataSourceSingleton2 getInstance() {
        if (dataSource == null) {
            // 第一次访问
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            dataSource = new DataSourceSingleton2();
        }
        return dataSource;
    }
}

测试结果:

????????可以看到只创建了一个实例。但是这种方式虽然线程安全,但是直接给全局加锁,效率太低了。不推荐使用。

?(3)线程安全改进版二

public class DataSourceSingleton3 {
    // 1.提供私有的构造方法(防止外部直接new对象)
    private DataSourceSingleton3() {
    }

    // 2.创建一个私有的属性对象
    private static volatile DataSourceSingleton3 dataSource = null;

    // 3.提供公共对外的单例对象
    public static DataSourceSingleton3 getInstance() {
        if (dataSource == null) {
            synchronized (DataSourceSingleton3.class) {
                dataSource = new DataSourceSingleton3();
            }
        }
        return dataSource;
    }
}

测试结果:

????????可以看到这种方式也存在线程安全问题,假如一个线程进入了if (dataSource == null)判断语句块,还未来得及往下执行,另一个线程也通过了这个判断语句,这时便会产生多个实例。不可用。

(4)线程安全改进版三

public class DataSourceSingleton4 {
    // 1.提供私有的构造方法(防止外部直接new对象)
    private DataSourceSingleton4() {}

    // 2.创建一个私有的属性对象
    private static DataSourceSingleton4 dataSource = null;

    // 3.提供公共对外的单例对象
    public static DataSourceSingleton4 getInstance() {
        if (dataSource == null) {
            synchronized (DataSourceSingleton3.class) {
                if (dataSource == null) {
                    dataSource = new DataSourceSingleton4();
                }
            }
        }
        return dataSource;
    }
}

这种方式依然存在线程安全问题,对象创建需要三步:

    memory = allocate() //分配内存ctorInstanc(memory) //初始化对象instance = memory //设置instance指向刚分配的地址

假如因为指令重排导致执行的顺序变为了132,那么假如a线程中执行完13之后,b线程到达代码2处.执行判断语句.发现instance指向的是?段地址因此直接不进入判断语句而是直接返回了?个没有初始化的空的对象。也不可用。

(5)线程安全改进最终版

public class DataSourceSingleton5 {
    // 1.提供私有的构造方法(防止外部直接new对象)
    private DataSourceSingleton5() {}

    // 2.创建一个私有的属性对象
    private static volatile DataSourceSingleton5 dataSource = null;

    // 3.提供公共对外的单例对象
    public static DataSourceSingleton5 getInstance() {
        if (dataSource == null) {
            synchronized (DataSourceSingleton5.class) {
                if (dataSource == null) {
                    dataSource = new DataSourceSingleton5();
                }
            }
        }
        return dataSource;
    }
}

双重检查,并且给对象加上了volatile,再进行了两次if (dataSource?== null)检查,这样就可以保证线程安全了。这样,实例化代码只用执行一次,后面再次访问时,判断if (dataSource == null),直接return实例化对象。推荐使用。