java设计模式---你所不知道的单例模式

单例模式大家都听说过,而且也是项目中最常出现的,但是,我们该如何的去更好的使用单例,如何去保证创建的时候线程安全,如何使得DCL模式不失效问题,如何去避免不必要的资源消耗问题,看到这些前奏,想必大家都会有种往下看的冲动了吧,来看看实现单例的几个关键点:

  • 构造函数不能对外开放
  • 通过一个静态方法或枚举返回单例类对象
  • 确保单例类的对象有且只有一个,尤其是在多线程环境下
  • 确保单例类对象在反序列化时不会重新构建对象

单例模式的种类:

  1. 饿汉式
  2. 懒汉式

饿汉式

首先来看看饿汉式的代码模板

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
         System.out.println(App.getInstance());
         System.out.println(App.getInstance());
    }
}

class App {

    private static final App app = new App();

    private App() {

    }
    public static App getInstance() {
        return app;
    }
}

饿汉式的特点很明显,先初始化类对象,然后通过暴露出的方法返回对象,构造函数设置为private,保证了实例的唯一性,但是吧,我觉得这种方式每次都要去初始化这个类对象,有时候我不需要去获取实例,仅仅只是需要里面的一个方法,这就会有点小小的浪费资源,如何在调用实例化方法的时候再去创建实例呢?那就是用懒汉式的方式去实现了


饿汉式:

要讲的那就多了,而且实现方式也有很多,来看看平时小白用的最多的方式

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(App.getInstance());
        System.out.println(App.getInstance());
    }
}

class App {

    private static App app = null;

    private App() {

    }

    public static App getInstance() {
        if (app == null)
            app = new App();
        return app;
    }
}

这种方式确实能实现实例的唯一化,但是如果存在很多个线程去访问该类,并去创建实例的时候,你会发现,创建的实例对象打印出来会偶然发现有些实例对象不一样,保证不了线程的安全性还有实例的唯一性,如何让很多个进来的线程进行排队,我先进,你们后面的等等,我出来后你们再进,这样我进来后,对象已经实例化了,不再等于null,即使你们进来了,也不会造成实例再次被初始化,这下,我们要引出同步方法去维护实例的唯一性,上代码:

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(App.getInstance());
        System.out.println(App.getInstance());
    }
}

class App {

    private static App app = null;

    private App() {

    }

    public static synchronized App getInstance() {
        if (app == null)
            app = new App();
        return app;
    }
}

在实例化方法前面加个synchronized,保证线程的同步,这种方式的话,你多个线程进来,我也不怕会被创建多个实例出来,确保了唯一性,但是,这种方式又存在了一个小缺点,那就是,每次创建或者去访问实例的时候,都要去触发这个同步的方法,同步方法是很消耗资源的,有没有更好的办法在我创建的时候去同步,下次去拿实例的时候就不走同步方法,而是直接给我实例对象值呢,接下来就要引出单例的另一种实现模式—-DCL模式(Double CheckLock),上代码

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(App.getInstance());
        System.out.println(App.getInstance());
    }
}

class App {

    private static App app = null;

    private App() {

    }

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

哈哈,这种方式再也不担心所有的情况发生了,每次为null的时候我再去使用同步方法去创建实例,以后再调用该实例方法获取实例的时候,就再也不需要去走同步方法了,即能解决线程的安全性也能解决同步资源消耗问题,是不是心里觉得美滋滋的呢,但是,我又要说这种方式的不是太好,你会不会又要揍我呢,好怕怕哦,那我赶紧把问题说出来


在执行app = new App();的时候,他并不是一个原子操作,这句代码最终会被编译成许多的汇编指令,大致做了这几件事:

  1. 给App的实例分配内存
  2. 调用App的构造函数,初始化成员字段
  3. 将app对象指向分配的内存空间(此时app就不是null了)

由于java编译器允许处理器乱序执行,以及jdk1.5之前JMM(java模型)中的Cache、寄存器到主内存回写顺序的规定,上面2和3的顺序是无法保证的,有可能执行顺序是123,也有可能是132,如果执行顺序是123的话那没问题,假如是132的情况话,那就来分析分析这种情况为啥出错,有个A线程进来,先执行了步骤3,那我这个实例就被指向了分配的内存空间,然后线程B进来了,发现app已经被指向分配过了,所以不是null,直接返回了实例,并没有去执行步骤2的构造函数来初始化实例,也就是没有给他一块内存区域来存放实例,那拿到的这个实例其实是错误的,只是获取到的是被指向的内存,并没有真正的被创建,所以引用的时候就会发生错误,这也就是DCL失效问题,那如何去解决这个问题呢?
当然是有办法的啦,我们只需要在private static App app = null;里面加个关键字volatile,如下:

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(App.getInstance());
        System.out.println(App.getInstance());
    }
}

class App {

   //volatile
    private volatile static App app = null;

    private App() {

    }

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

这样就解决了DCL失效的问题了,当然,volatile或多或少也会影响到性能问题,但是考虑到程序的正确性,牺牲这点性能还是值得的。


DCL模式的特点:

资源利用高,第一次执行getInstance时单例对象才会被实例化,效率高

DCL模式的缺点:

第一次加载时反应慢,也由于java内存模型的原因偶尔会失败。在高并发环境下也有一点的缺陷,虽然发生概率小,

DCL模式是使用最多的单例模式,虽然有点缺陷,但是在jdk1.6之前sun公司就调整了JMM,具体化了volatile关键字,所以,在jdk1.6之后,高并发的场景基本上是能满足需求的。


DCL虽然在一定程度上解决了资源消耗、内存同步、线程安全等问题,但是还是有问题,有大神提出不赞成使用,他的代码如下

public class Test {

    public static void main(String[] args) {
          System.out.println(App.getInstance());
          System.out.println(App.getInstance());
    } 
}

class App {
    private App() {
    }

    public static App getInstance() {
        return singleHolder.app;
    }

    private static class singleHolder {
        private static final App app = new App();
    }
}

当第一次加载App类并不会初始化app,只有在第一次调用App的getInstance方法才会导致app的被初始化,因此,第一次调用getInstance方法会导致虚拟机加载singleHolder类,这种方式不仅能够确保线程安全,也能够保证单例对象的唯一性,同时也延缓了单例的实例化,所以这是推荐使用的单例模式实现方式。


既然是做android开发的,当然也讲讲安卓中的单例例子

用容器来实现单例模式

最常见的当然是android中的应用退出,看看代码

public class Activity {

    public void onCreateView() {
        ActivityManager.put(this);
        //dosomething
    }
}

class ActivityManager {
    private static List<Activity> list = new ArrayList<Activity>();

    public static void put(Activity activity) {
        if (!list.contains(activity)) {
            list.add(activity);
        }
    }

    public static Activity get(Activity activity) {
        int position;
        if ((position = list.indexOf(activity)) >= 0) {
            return list.get(position);
        } else {
            return null;
        }
    }

    public static void finish() {
        for (Activity activity : list) {
            activity.finish();
        }
    }
}

将自己当前的实例交给ActivityManager去管理,每次想去要实例的时候,就去集合里面拿,避免了多次实例创建,在安卓应用中,退出应用的时候,直接finish掉所有的实例,最常见的当然属应用的退出登陆,退出的时候需要把所有的Activity关闭掉,然后打开登陆界面,这时候,就可以调用ActivityManager的finish方法,然后Intent打开登陆的Activity,这样就完美的解决了


其实还有很多的单例方式,上面的例子还是没有解决反序列化问题,也就是将单例的实例写到磁盘上面去,然后去读取磁盘返回来的实例,没做好反序列化的时候,读取磁盘返回的实例不是之前的实例,而是另外一个实例了,不过,在自己做应用的时候,是可以避免的,最后还有一个enum枚举单例,他不会出现以上的所有问题,而且还不会被反序列化造成单例不一致。

好了,差不多了,在学习的路上推荐大家看《android源码设计模式》这本书,讲的很不错,是进阶中的一本好书

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