Java单例你所不知道的事,与Volatile关键字有染-阿里云开发者社区

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Java单例你所不知道的事,与Volatile关键字有染

简介:

如果问一个码农最先接触到的设计模式是什么,单例设计模式一定最差也是“之一”。

单例,Singleton,保证内存中只有一份实例对象存在。



问:为什么要有单例?

答:此对象可能会为成千上百的线程所用,当然不希望不希望每次使用都要new一个新的 对象,也可能是使用不多但是初始化需要消耗大量内存,也可能需要消耗大量cpu运算,又可能仅仅是为了为实例内进行数据管理同步。总之,单例只希望初始化 一遍,且唯一存在,在实际开发中所用甚多。



问:单例既然只存在一份成员变量,且外部主要也是调用其方法。为什么不能用static方法和static变量来代替单例呢?

答:static方法和变量理论可行。但是:第一,静态方法不能实现多态,不能继承,不符合Java的设计理念;第二,单例不用的时候,因为他是一个对象而存在,可以提供销毁对象的方法,但是如果用static就永远留在了内存中。




单例实现:

首先想到的自然是最简单的实现方式,私有化构造函数,然后将该实例保存为static final,也就是饿汉式

 

[java] view plain copy
  1. public class Singleton {  
  2.     private static final Singleton SINGLETON_INSTANCE = new Singleton();  
  3.       
  4.     private Singleton(){  
  5.           
  6.     }  
  7.       
  8.     public Singleton getInstance(){  
  9.         return SINGLETON_INSTANCE;  
  10.     }  
  11. }  

缺点:类初始化即创建对象,即使没有想要获取单例,仍然会初始化该实例对象,占用内存。




然后我们想到的是懒汉式,到需要单例的时候再初始化

 

[java] view plain copy
  1. public class Singleton {  
  2.     private static Singleton sSingleton;  
  3.       
  4.     private Singleton(){  
  5.           
  6.     }  
  7.       
  8.     public Singleton getInstance(){  
  9.         if(sSingleton == null){  
  10.             sSingleton = new Singleton();  
  11.         }  
  12.         return sSingleton;  
  13.     }  
  14. }  

缺点:多线程获取该单例时,若果t1执行到了class Singleton {  

  •     private static Singleton sSingleton;  
  •       
  •     private Singleton(){  
  •           
  •     }  
  •       
  •     public Singleton getInstance(){  
  •         synchronized (Singleton.class) {  
  •             if(sSingleton == null){  
  •                 sSingleton = new Singleton();  
  •             }  
  •         }  
  •         return sSingleton;  
  •     }  
  • }  

缺点:每次执行getInstance的时候,都会进入同步代码块,保证线程同步,但效率低!




继续,改为double-check lock ,已经快接近真理

 

[java] view plain copy
  1. public class Singleton {  
  2.     private static Singleton sSingleton;  
  3.       
  4.     private Singleton(){  
  5.           
  6.     }  
  7.       
  8.     public Singleton getInstance(){  
  9.         if(sSingleton == null){  
  10.             synchronized (Singleton.class) {  
  11.                 if(sSingleton == null){  
  12.                     sSingleton = new Singleton();  
  13.                 }  
  14.             }  
  15.         }  
  16.         return sSingleton;  
  17.     }  
  18. }  

保证只有单例为空,才进入同步实例化,实例化一次以后,不会再进入同步锁,貌似已经完美解决。



故事还没有完。。。



首先我们要了解一下jvm的内存模型,自己用qq截图在桌面上截图,然后用涂鸦工具画的,画的丑,凑合看



Java中的内存数据存在主寄存器中。由于cpu的执行效率比内存的读取效率快很多,所以为了提高效率使用cpu高速缓存,每个线程会对自己线程中用到的变量,在自己的线程缓存内存中留下一个副本,但这样就可能造成线程的memory和main memory不同步,从而造成脏读。



好了祭出Volatile关键字。volatile,词典释意为爆炸的,不稳定的。用该关键字修饰一个变量,意在告诉jvm该变量是线程不安全的。首先在当线程需要访问该变量时,jvm将拒绝该线程memory中保留主memory的duplicate,需要读写直接到main memory中读取,避免脏读。只需要用Volatile修饰sSingleton就可以了,牺牲了一点效率,安全和性能总是相斥的嘛。

 

[java] view plain copy
  1. public class Singleton {  
  2.     private static volatile Singleton sSingleton;  
  3.       
  4.     private Singleton(){  
  5.           
  6.     }  
  7.       
  8.     public Singleton getInstance(){  
  9.         if(sSingleton == null){  
  10.             synchronized (Singleton.class) {  
  11.                 if(sSingleton == null){  
  12.                     sSingleton = new Singleton();  
  13.                 }  
  14.             }  
  15.         }  
  16.         return sSingleton;  
  17.     }  
  18. }  


需要注意的是:volatile只能保证多线程读取的是同一块内存的数据,所以如果操作必须是原子操作,比如赋值操作是原子操作,但 voilatile int n; n=n+1就不是。如果不是原子操作,就只能乖乖使用syncnized同步锁了。syncnized线程锁也可以实现线程安全,他的原理是获取监视器,然后将thread memory和main memory中数据同步,然后执行代码块,最后再将改变写回main memory,最后释放监视器,原理不同,更费效率,但是可以保证非原子操作的线程安全。


最后说一句volatile是java1.5加入的,之前貌似是有bug的。


本文转自农夫山泉别墅博客园博客,原文链接:http://www.cnblogs.com/yaowen/p/5685622.html,如需转载请自行联系原作者

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