三个单例模式通用写法

1 通用单例写法带来的弊端

我们看到的单例模式通用写法,一般就是饿汉式单例的标准写法。饿汉式单例写法在类加载的时候立即初始化,并且创建单例对象。它绝对线程安全,在线程还没出现之前就实例化了,不可能存在访问安全问题。饿汉式单例还有另外一种写法,代码如下。

//饿汉式静态代码块单例模式

publicclassHungryStaticSingleton{

privatestaticfinalHungryStaticSingleton instance;


static{

instance =newHungryStaticSingleton();

    }

privateHungryStaticSingleton(){}

publicstaticHungryStaticSingletongetInstance(){

returninstance;

    }

}

这种写法使用静态代码块的机制,非常简单也容易理解。饿汉式单例模式适用于单例对象较少的情况。这样写可以保证绝对线程安全,执行效率比较高。但是它的缺点也很明显,就是所有对象类在加载的时候就实例化。这样一来,如果系统中有大批量的单例对象存在,而且单例对象的数量也不确定,则系统初始化时会造成大量的内存浪费,从而导致系统内存不可控。也就是说,不管对象用或不用,都占着空间,浪费了内存,有可能占着内存又不使用。那有没有更优的写法呢?我们继续分析。

2 还原线程破坏单例的事故现场

为了解决饿汉式单例写法可能带来的内存浪费问题,于是出现了懒汉式单例的写法。懒汉式单例写法的特点是单例对象在被使用时才会初始化。懒汉式单例写法的简单实现LazySimpleSingleton如下。

//懒汉式单例模式在外部需要使用的时候才进行实例化

publicclassLazySimpleSingletion{

//静态块,公共内存区域

privatestaticLazySimpleSingletion instance;

privateLazySimpleSingletion(){}

publicstaticLazySimpleSingletiongetInstance(){

if(instance ==null){

instance =newLazySimpleSingletion();

        }

returninstance;

    }

}

但这样写又带来了一个新的问题,如果在多线程环境下,则会出现线程安全问题。先来模拟一下,编写线程类ExectorThread。

publicclassExectorThreadimplementsRunnable{

@Override

publicvoidrun(){

        LazySimpleSingleton singleton = LazySimpleSingleton.getInstance();

System.out.println(Thread.currentThread().getName() +":"+ singleton);

    }

}

编写客户端测试代码如下。

publicclassLazySimpleSingletonTest{

publicstaticvoidmain(String[] args){

Thread t1 =newThread(newExectorThread());

Thread t2 =newThread(newExectorThread());

        t1.start();

        t2.start();

System.out.println("End");

    }

}

我们反复多次运行程序上的代码,发现会有一定概率出现两种不同结果,有可能两个线程获取的对象是一致的,也有可能两个线程获取的对象是不一致的。下图是两个线程获取的对象不一致的运行结果。

下图是两个线程获取的对象一致的结果。

显然,这意味着上面的单例存在线程安全隐患。那么这个结果是怎么产生的呢?我们来分析一下,如下图所示,如果两个线程在同一时间同时进入getInstance()方法,则会同时满足if(null == instance)条件,创建两个对象。如果两个线程都继续往下执行后面的代码,则有可能后执行的线程的结果覆盖先执行的线程的结果。如果打印动作发生在覆盖之前,则最终得到的结果就是一致的;如果打印动作发生在覆盖之后,则得到两个不一样的结果。

当然,也有可能没有发生并发,完全正常运行。下面通过调试方式来更深刻地理解一下。这里教大家一种新技能,用线程模式调试,手动控制线程的执行顺序来跟踪内存的变化。先把ExectorThread类打上断点,如下图所示。

单击右键点击断点,切换为Thread模式,如下图所示。

然后把LazySimpleSingleton类也打上断点,同样标记为Thread模式,如下图所示。

切换回客户端测试代码,同样也打上断点,同时改为Thread模式,如下图所示。

在开始Debug之后,我们会看到Debug控制台可以自由切换Thread的运行状态,如下图所示。

通过不断切换线程,并观测其内存状态,我们发现在线程环境下LazySimpleSingleton被实例化了两次。有时候得到的运行结果可能是两个相同的对象,实际上是被后面执行的线程覆盖了,我们看到了一个假象,线程安全隐患依旧存在。那么,如何优化代码,使得懒汉式单例模式在线程环境下安全呢?来看下面的代码,给getInstance()方法加上synchronized关键字,使这个方法变成线程同步方法。

publicclassLazySimpleSingletion{

//静态块,公共内存区域

privatestaticLazySimpleSingletion instance;

privateLazySimpleSingletion(){}

publicsynchronizedstaticLazySimpleSingletiongetInstance(){

if(instance ==null){

instance =newLazySimpleSingletion();

        }

returninstance;

    }

}

我们再来调试。当执行其中一个线程并调用getInstance()方法时,另一个线程在调用getInstance()方法,线程的状态由RUNNING变成了MONITOR,出现阻塞。直到第一个线程执行完,第二个线程才恢复到RUNNING状态继续调用getInstance()方法,如下图所示。

这样,通过使用synchronized就解决了线程安全问题。


参考资料:小海鲸 http://www.xiao-haijing.com

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