丨單例模式如何創(chuàng)建單一對(duì)象優(yōu)化系統(tǒng)性能

結(jié)合這三點(diǎn)，我們來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單代碼//餓漢模publicfinalclassSingletonprivatestaticSingletoninstance=newSingleton();//自行創(chuàng)建實(shí)privateSingleton(){}//構(gòu)造函publicstaticSingletongetInstance(){//通過(guò)該函數(shù)向整個(gè)系統(tǒng)提供return 8我們可以發(fā)現(xiàn)，以上第一種實(shí)現(xiàn)單例的代碼中，使用了static了成員instance，所以該變量會(huì)在類(lèi)初始化的過(guò)程中被收集進(jìn)類(lèi)構(gòu)造器即<clinit>方法中。在多線程場(chǎng)景下，JVM會(huì)保證只有一個(gè)線程能執(zhí)行該類(lèi)的<clinit>方法，其它線程將會(huì)被阻塞等待。等到唯一的一次<clinit>方法執(zhí)行完成，其它線程將不會(huì)再執(zhí)行<clinit>方法，轉(zhuǎn)而執(zhí)行自己的代碼。也就是說(shuō)，static修飾了成員變量instance，在多線程的情況下能保證只實(shí)餓漢模式實(shí)現(xiàn)的單例的優(yōu)點(diǎn)是，可以保證多線程情況下實(shí)例的唯一性，而且直接返回唯一實(shí)例，性能非情況下，一直占用堆內(nèi)存。試想下，如果一個(gè)第開(kāi)源框架中的類(lèi)都是基于餓漢模式實(shí)的單例，這將會(huì)初始化所有單例類(lèi)，無(wú)疑是性的懶漢模式就是為了避免直接加載類(lèi)對(duì)象時(shí)提前創(chuàng)建對(duì)象的一種單例設(shè)計(jì)模式。該模式使用懶加載方式，只有當(dāng)系統(tǒng)使用到類(lèi)對(duì)象時(shí)，才會(huì)將實(shí)例加載到堆內(nèi)存中。通過(guò)以下代碼，我們可以簡(jiǎn)單地了解下懶加載的實(shí)現(xiàn)方式：代碼//懶漢模publicfinalclassSingletonprivatestaticSingletoninstance=null;//不實(shí)例privateSingleton(){}//構(gòu)造函publicstaticSingletongetInstance(){//通過(guò)該函數(shù)向整個(gè)系統(tǒng)提供if(null==instance){//當(dāng)instance為null時(shí)，則實(shí)例化對(duì)象，否則直接返回instance=newSingleton();//實(shí)例化對(duì) returninstance;//返回已存在的 11當(dāng)線程A入到if斷條件后，開(kāi)始實(shí)例化對(duì)象，此時(shí)instance然為null；又有線程B進(jìn)入到if判斷條件中，之后也會(huì)通過(guò)條件判斷，進(jìn)入到方法里面創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例對(duì)象。所以我們需要對(duì)該方法進(jìn)行加鎖，保證多線程情況下僅創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例。這里我們使Synchronized鎖來(lái)修飾getInstance法代碼//懶漢模式+synchronized同步publicfinalclassSingletonprivatestaticSingletoninstance=null;//不實(shí)例privateSingleton(){}//構(gòu)造函publicstaticsynchronizedSingletongetInstance(){//加同步鎖，通過(guò)該函數(shù)向整個(gè)系if(null==instance){//當(dāng)instance為null時(shí)，則實(shí)例化對(duì)象，否則直接返回instance=newSingleton();//實(shí)例化對(duì) returninstance;//返回已存在的 11還有，每次請(qǐng)求獲取類(lèi)對(duì)象時(shí)，都會(huì)通過(guò)getInstance()方法獲取，除了第一次為l它每次請(qǐng)求基本都是不為l的。在沒(méi)有加同步鎖之前，是因?yàn)閒判斷條件為l導(dǎo)致創(chuàng)建了多個(gè)實(shí)例。基于以上兩點(diǎn)，我們可以考慮將同步鎖放在f條件里面，這樣就可以減少同步鎖資源競(jìng)爭(zhēng)。代碼//懶漢模式+synchronized同步publicfinalclassSingletonprivatestaticSingletoninstance=null;//不實(shí)例privateSingleton(){}//構(gòu)造函publicstaticSingletongetInstance(){//加同步鎖，通過(guò)該函數(shù)向整個(gè)系統(tǒng)提供if(null==instance){//當(dāng)instance為null時(shí)，則實(shí)例化對(duì)象，否則直接返回synchronizedinstance=newSingleton();//實(shí)例化對(duì) }returninstance;//返回已存在的 13if判斷條件里，雖然有同步鎖，但是進(jìn)入到判斷條件里面的線程依然會(huì)依次獲取到鎖創(chuàng)建對(duì)象，然后再釋放同步鎖。所以我們還需要在同步鎖里面再加一個(gè)判斷條件：代碼//懶漢模式+synchronized同步鎖+double-publicfinalclassSingletonprivatestaticSingletoninstance=null;//不實(shí)例privateSingleton(){}//構(gòu)造函publicstaticSingletongetInstance(){//加同步鎖，通過(guò)該函數(shù)向整個(gè)系統(tǒng)提供if(null==instance){//第一次判斷，當(dāng)instance為null時(shí)，則實(shí)例化對(duì)象，否則直synchronized(Singleton.class){//同步if(null==instance){//第二次判9

instance=newSingleton();//實(shí)例化對(duì)}returninstance;//返回已存在的}}以上這種方式，通常被稱(chēng)為Double-Check，它可以大大提高支持多線程的懶漢模式的運(yùn)其實(shí)這里又跟Happens-Before規(guī)則和重排序扯上關(guān)系了，這里我們先來(lái)簡(jiǎn)單了解Happens-Before規(guī)則和重排序我們?cè)诘诙诓椭羞^(guò)譯器盡可減少器的、數(shù)，分復(fù)用寄存器的值，比如以下代碼，如果沒(méi)有進(jìn)行重排序優(yōu)化，正常的執(zhí)行順序是步驟\\，而在編譯期間進(jìn)行了重排序優(yōu)化之后，執(zhí)行的步驟有可能就變成了步驟/2樣就能減少一次寄存器的存取次數(shù)。代碼inta=1;//步驟1：加載a變量的內(nèi)存地址到寄存器中，加載1到寄存器中，CPU通過(guò)mov指令intb=2;//步驟2加載b變量的內(nèi)存地址到寄存器中，加載2到寄存器中，CPU通過(guò)mov指令把a(bǔ)=a+1;//步驟3重新加載a變量的內(nèi)存地址到寄存器中，加載1到寄存器中，CPU通過(guò)mov在JMM中，重排序是十分重要的一環(huán)，特別是在并發(fā)編程中。如果JVM任意排序以提高程序性能，也可能會(huì)給并發(fā)編程帶來(lái)一系列的問(wèn)題。例如，我上面講到的oub-Check的單例問(wèn)題，假設(shè)類(lèi)中有其它的屬性也需要實(shí)例化，這個(gè)時(shí)候，除了要實(shí)例化單例類(lèi)本身，還需要對(duì)其它屬性也進(jìn)行實(shí)例化：代碼//懶漢模式+synchronized同步鎖+double-publicfinalclassSingletonprivatestaticSingletoninstance=null;//不實(shí)例publicList<String>list=null;//list屬privatelist=new}//構(gòu)造函8918

publicstaticSingletongetInstance(){//加同步鎖，通過(guò)該函數(shù)向整個(gè)系統(tǒng)提供if(null==instance){//第一次判斷，當(dāng)instance為null時(shí)，則實(shí)例化對(duì)象，否則直synchronized(Singleton.class){//同步if(null==instance){//第二次判instance=newSingleton();//實(shí)例化對(duì)}}}returninstance;//返回已存在的}在執(zhí)行instance=newSingleton();代碼時(shí)，正常情況下，實(shí)例過(guò)程這樣給Singleton分配內(nèi)存調(diào)用Singleton的構(gòu)造函數(shù)來(lái)初始化成員變將Singleton對(duì)象指向分配的內(nèi)存空間（執(zhí)行完這步singleton就為非null了）如果虛擬機(jī)發(fā)生了重排序優(yōu)化，這個(gè)時(shí)候步驟3可能發(fā)生在步驟2之前。如果初始化線程剛好完成步驟3，而步驟2沒(méi)有進(jìn)行時(shí)，則剛好有另一個(gè)線程到了第一次判斷，這個(gè)時(shí)候判斷為非null，并返回對(duì)象使用，這個(gè)時(shí)候?qū)嶋H沒(méi)有完成其它屬性的構(gòu)造，因此使用這個(gè)屬性就很可能會(huì)導(dǎo)致異常。在這里，Synchronized只能保證可見(jiàn)性、原子性，無(wú)法保證執(zhí)這個(gè)時(shí)候，就體現(xiàn)出Happens-Before規(guī)則的重要性了。通過(guò)字面意思，你可能會(huì)誤以為我們知道volatile關(guān)鍵字可以保證線程間變量的可見(jiàn)性，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是當(dāng)線程A對(duì)變量X進(jìn)行修改后，程A后面執(zhí)行的其它線程就能看到變量X的變動(dòng)。除此之外，volatile在JDK1.5之后還有一個(gè)作用就是局部重排序的發(fā)生，也就是說(shuō)，volatile變量的操作指令都不會(huì)被重排序。所以使用volatile修飾instance之后，Double-Check懶漢單例模代碼//懶漢模式+synchronized同步鎖+double-publicfinalclassSingletonprivatevolatilestaticSingletoninstance=null;//不實(shí)例publicList<String>list=null;//list屬private6list=new7}//構(gòu)造函8publicstaticSingletongetInstance(){//加同步鎖，通過(guò)該函數(shù)向整個(gè)系統(tǒng)提供9if(null==instance){//第一次判斷，當(dāng)instance為null時(shí)，則實(shí)例化對(duì)象，否則直synchronized(Singleton.class){//同步if(null==instance){//第二次判instance=newSingleton();//實(shí)例化對(duì)}}}returninstance;//返回已存在的}}以上這種同步鎖+Double-Check實(shí)現(xiàn)方式相對(duì)來(lái)說(shuō)，復(fù)雜且加了同步鎖，那有沒(méi)有稍我們知道，在餓漢模式中，我們使用了static修飾了成員變量instance，所以該變量會(huì)在類(lèi)初始化的過(guò)程中被收集進(jìn)類(lèi)構(gòu)造器即<clinit>方法中。在多線程場(chǎng)景下，JVM會(huì)保證只有一個(gè)線程能執(zhí)行該類(lèi)的<clinit>方法，其它線程將會(huì)被阻塞等待。這種方式可以保證內(nèi)如果我們?cè)赟ingleton類(lèi)中創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)部類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)成員變量的初始化，則可以避免多線程下重復(fù)創(chuàng)建對(duì)象的情況發(fā)生。這種方式，只有在第一次調(diào)用getInstance()方法時(shí)，才會(huì)加載InnerSingleton類(lèi)，而只有在加載InnerSingleton類(lèi)之后，才會(huì)實(shí)例化創(chuàng)建對(duì)象。具代碼//懶漢模式內(nèi)部類(lèi)實(shí)publicfinalclassSingletonpublicList<String>list=null;//list屬4privateSingleton(){//構(gòu)造函list=new 8 //內(nèi)部類(lèi)17

publicstaticclassInnerSingletonprivatestaticSingletoninstance=newSingleton();//自行創(chuàng)建實(shí)}publicstaticSingletongetInstance()returnInnerSingleton.instance;//返回內(nèi)部類(lèi)中的靜態(tài)變}如果我們?cè)诔绦騿?dòng)后，一定會(huì)加載到類(lèi)，那么用餓漢模式實(shí)現(xiàn)的單例簡(jiǎn)單又實(shí)用；如果我們是寫(xiě)一些工具類(lèi)，則優(yōu)先考慮使用懶漢模式，因?yàn)楹芏囗?xiàng)目可能會(huì)到r，但未除了以上那些實(shí)現(xiàn)單例的方式，你還知道其它實(shí)現(xiàn)方 科技所有 不 售賣(mài)。頁(yè)面已增加防盜追蹤，將依 上一 25|答疑課堂：模塊四熱點(diǎn)問(wèn)題解下一 27|原型模式與享元模式：提升系統(tǒng)性能的利精選留言展9使用枚舉來(lái)實(shí)現(xiàn)單例模式，具體代碼如下：publicclass{privatestaticSinletonExample5instance=private展7相比DoubleCheck，以?xún)?nèi)部類(lèi)方式實(shí)現(xiàn)單例模式，代碼簡(jiǎn)潔，性能相近，在我看來(lái)是更優(yōu)展3展3方式和枚