單例模式你會幾種寫法?

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前言

只有光頭才能變強

回顧前面:

本來打算沒那麼快更新的,這陣子在刷Spring的書籍。在看Spring的時候又經常會看到“單例”,“工廠”這些字樣。

所以,就先來說說單例和工廠設計模式啦,這兩種模式也是很常見的,我看很多面經都會遇到這兩種模式~

本文主要講解單例設計模式,如果有錯的地方希望能多多包涵,並不吝在評論區指正!

一、單例模式概述

單例模式定義很簡單:一個類中能建立一個例項,所以稱之為單例!

那我們什麼時候會用到單例模式呢??

  • 那我們想想既然一個類中只能建立一個例項了,那麼可以說這是跟類的狀態與物件無關的了。
  • 頻繁建立物件、管理物件是一件耗費資源的事,我們只需要建立一個物件來用就足夠了!

學過Java Web的同學可能就知道:

  • Servlet是單例的
  • Struts2是多例的
  • SpringMVC是單例的

那既然多例是頻繁建立物件、需要管理物件的,那Struts2為什麼要多例呢??

  • 主要由於設計層面上的問題,Struts2是基於Filter攔截類的,ognl引擎對變數是注入的。所以它要設計成多例的~

能使用一個物件來做就不用例項化多個物件!這就能減少我們空間和記憶體的開銷~

那有可能有的人又會想了:我們使用靜態類.doSomething()和使用單例物件呼叫方法的效果是一樣的啊。

  • 沒錯,效果就是一樣的。使用靜態類.doSomething()體現的是基於物件,而使用單例設計模式體現的是物件導向

二、編寫單例模式的程式碼

編寫單例模式的程式碼其實很簡單,就分了三步:

  • 將建構函式私有化
  • 在類的內部建立例項
  • 提供獲取唯一例項的方法

2.1餓漢式

根據上面的步驟,我們就可以輕鬆完成建立單例物件了。


public class Java3y {

    // 1.將建構函式私有化,不可以通過new的方式來建立物件
    private Java3y(){}

    // 2.在類的內部建立自行例項
    private static Java3y java3y = new Java3y();

    // 3.提供獲取唯一例項的方法
    public static Student getJava3y() {
        return java3y;
    }
}

這種程式碼我們稱之為:“餓漢式”:

  • 一上來就建立物件了,如果該例項從始至終都沒被使用過,則會造成記憶體浪費

2.2簡單懶漢式

既然說一上來就建立物件,如果沒有用過會造成記憶體浪費:

  • 那麼我們就設計用到的時候再建立物件

public class Java3y {

    // 1.將建構函式私有化,不可以通過new的方式來建立物件
    private Java3y(){}

    // 2.1先不建立物件,等用到的時候再建立
    private static Java3y java3y = null;

    // 2.1呼叫到這個方法了,證明是要被用到的了
    public static Java3y getJava3y() {

        // 3. 如果這個物件引用為null,我們就建立並返回出去
        if (java3y == null) {
            java3y = new Java3y();
        }

        return java3y;
    }
}

上面的程式碼行不行??在單執行緒環境下是行的,在多執行緒環境下就不行了

要解決也很簡單,我們只要加鎖就行了:

2.3雙重檢測機制(DCL)懶漢式

上面那種直接在方法上加鎖的方式其實不夠好,因為在方法上加了內建鎖在多執行緒環境下效能會比較低下,所以我們可以將鎖的範圍縮小


public class Java3y {


    private Java3y() {
    }

    private static Java3y java3y = null;


    public static Java3y getJava3y() {
        if (java3y == null) {
            // 將鎖的範圍縮小,提高效能
            synchronized (Java3y.class) {
                java3y = new Java3y();
            }
        }
        return java3y;
    }
}

那上面的程式碼可行嗎??不行,因為雖然加了鎖,但還是有可能建立出兩個物件出來的:

  • 執行緒A和執行緒B同時呼叫getJava3y()方法,他們同時判斷java==null,得出的結果都是為null,所以進入了if程式碼塊了
  • 此時執行緒A得到CPU的控制權–>進入同步程式碼塊–>建立物件–>返回物件
  • 執行緒A完成了以後,此時執行緒B得到了CPU的控制權。同樣是–>進入同步程式碼塊–>建立物件–>返回物件
  • 很明顯的是:Java3y類返回了不止一個例項!所以上面的程式碼是不行的!

有的同學可能覺得我瞎吹比,明明加鎖了還不行?我們來測試一下:


public class TestDemo {

    public static void main(String[] args) {

        // 執行緒A
        new Thread(() -> {

            // 建立單例物件
            Java3y java3y = Java3y.getJava3y();
            System.out.println(java3y);

        }).start();

        // 執行緒B
        new Thread(() -> {
            // 建立單例物件
            Java3y java3y = Java3y.getJava3y();
            System.out.println(java3y);
        }).start();

        // 執行緒C
        new Thread(() -> {
            // 建立單例物件
            Java3y java3y = Java3y.getJava3y();
            System.out.println(java3y);
        }).start();

    }
}

可以看到,列印出的物件不單單隻有一個的!

厲害的程式設計師又想到了:進入同步程式碼塊時再判斷一下物件是否存在就穩了吧

  • 所以,有了下面的程式碼

public class Java3y {


    private Java3y() {
    }

    private static Java3y java3y = null;

    public static Java3y getJava3y() {
        if (java3y == null) {

            // 將鎖的範圍縮小,提高效能
            synchronized (Java3y.class) {

                // 再判斷一次是否為null
                if (java3y == null) {
                    java3y = new Java3y();
                }
            }
        }
        return java3y;
    }
}

其實還不穩!這裡會有重排序的問題

本來想測試重排序問題的效果的,一直沒測試出來~~~有相關測試程式碼的希望可以告訴我怎麼能測出來….

要解決也十分簡單,加上我們的volatile關鍵字就可以了,volatile有記憶體屏障的功能

具體可參考資料:

所以說,完整的DCL程式碼是這樣子的:



public class Java3y {
    private Java3y() {
    }

    private static volatile Java3y java3y = null;

    public static Java3y getJava3y() {
        if (java3y == null) {

            // 將鎖的範圍縮小,提高效能
            synchronized (Java3y.class) {

                // 再判斷一次是否為null
                if (java3y == null) {
                    java3y = new Java3y();
                }
            }
        }
        return java3y;
    }
}

再說明:

2.4靜態內部類懶漢式

還可以使用靜態內部類這種巧妙的方式來實現單例模式!它的原理是這樣的:

  • 當任何一個執行緒第一次呼叫getInstance()時,都會使SingletonHolder被載入和被初始化,此時靜態初始化器將執行Singleton的初始化操作。(被呼叫時才進行初始化!)
  • 初始化靜態資料時,Java提供了的執行緒安全性保證。(所以不需要任何的同步)

public class Java3y {


    private Java3y() {
    }

    // 使用內部類的方式來實現懶載入
    private static class LazyHolder {
        // 建立單例物件
        private static final Java3y INSTANCE = new Java3y();
    }


    // 獲取物件
    public static final Java3y getInstance() {
        return LazyHolder.INSTANCE;
    }
    
}

靜態內部類這種方式是非常推薦使用的!很多人沒接觸過單例模式的都不知道有這種寫法,這種寫法很優化也高效!

參考資料:

2.5列舉方式實現

使用列舉就非常簡單了:


public enum Java3y3y {
    
    JAVA_3_Y_3_Y,
}

那這種有啥好處??列舉的方式實現:

  • 簡單,直接寫就行了
  • 防止多次例項化,即使是在面對複雜的序列化或者反射攻擊的時候(安全)!

這種也較為推薦使用!

三、總結

總的來說單例模式寫法有5種:

  • 餓漢式
  • 簡單懶漢式(在方法加鎖)
  • DCL雙重檢測加鎖(進階懶漢式)
  • 靜態內部類實現懶漢式(最推薦寫法)
  • 列舉方式(最安全、簡潔寫法)

明天估計寫的是工廠模式了,敬請期待哦~~~

參考資料:

如果文章有錯的地方歡迎指正,大家互相交流。習慣在微信看技術文章,想要獲取更多的Java資源的同學,可以關注微信公眾號:Java3y。為了大家方便,剛新建了一下qq群:742919422,大家也可以去交流交流。謝謝支援了!希望能多介紹給其他有需要的朋友

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