深入浅出单实例Singleton设计模式-阿里云开发者社区

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深入浅出单实例Singleton设计模式

简介: 长时间没有用java单实例模式,现在想起来有点忘了,发些东西大家一起熟悉下。 单实例Singleton设计模式可能是被讨论和使用的最广泛的一个设计模式了,这可能也是面试中问得最多的一个设计模式了。这个设计模式主要目的是想在整个系统中只能出现一个类的实例。这样做当然是有必然的,比如你的软件的全局配置信息,或者是一个Factory,或是一个主控类,等等。你希望这个类在整个系统中只能出现一个实
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长时间没有用java单实例模式,现在想起来有点忘了,发些东西大家一起熟悉下。
单实例Singleton设计模式可能是被讨论和使用的最广泛的一个设计模式了,这可能也是面试中问得最多的一个设计模式了。这个设计模式主要目的是想在整个系统中只能出现一个类的实例。这样做当然是有必然的,比如你的软件的全局配置信息,或者是一个Factory,或是一个主控类,等等。你希望这个类在整个系统中只能出现一个实例。当然,作为一个技术负责人的你,你当然有权利通过使用非技术的手段来达到你的目的。比如:你在团队内部明文规定,“XX类只能有一个全局实例,如果某人使用两次以上,那么该人将被处于2000元的罚款!”(呵呵),你当然有权这么做。但是如果你的设计的是东西是一个类库,或是一个需要提供给用户使用的API,恐怕你的这项规定将会失效。因为,你无权要求别人会那么做。所以,这就是为什么,我们希望通过使用技术的手段来达成这样一个目的的原因。
本文会带着你深入整个Singleton的世界,当然,我会放弃使用C++语言而改用Java语言,因为使用Java这个语言可能更容易让我说明一些事情。
Singleton的教学版本
这里,我将直接给出一个Singleton的简单实现,因为我相信你已经有这方面的一些基础了。我们姑且把这具版本叫做1.0版

// version 1.0
public class Singleton
{
private static final Singleton singleton = null;
private Singleton()
{
}
public static Singleton getInstance()
{
if (singleton == null)
{
singleton = new Singleton();
}
return singleton;
}
}

在上面的实例中,我想说明下面几个Singleton的特点:(下面这些东西可能是尽人皆知的,没有什么新鲜的)
   1. 私有(private)的构造函数,表明这个类是不可能形成实例了。这主要是怕这个类会有多个实例。
   2. 即然这个类是不可能形成实例,那么,我们需要一个静态的方式让其形成实例:getInstance()。注意这个方法是在new自己,因为其可以访问私有的构造函数,所以他是可以保证实例被创建出来的。
   3. 在getInstance()中,先做判断是否已形成实例,如果已形成则直接返回,否则创建实例。
   4. 所形成的实例保存在自己类中的私有成员中。
   5. 我们取实例时,只需要使用Singleton.getInstance()就行了。
当然,如果你觉得知道了上面这些事情后就学成了,那我给你当头棒喝一下了,事情远远没有那么简单。
Singleton的实际版本
上面的这个程序存在比较严重的问题,因为是全局性的实例,所以,在多线程情况下,所有的全局共享的东西都会变得非常的危险,这个也一样,在多线程情况下,如果多个线程同时调用getInstance()的话,那么,可能会有多个进程同时通过 (singleton== null)的条件检查,于是,多个实例就创建出来,并且很可能造成内存泄露问题。嗯,熟悉多线程的你一定会说——“我们需要线程互斥或同步”,没错,我们需要这个事情,于是我们的Singleton升级成1.1版,如下所示:

// version 1.1
public class Singleton
{
private static final Singleton singleton = null;
private Singleton()
{
}
public static Singleton getInstance()
{
if (singleton == null)
{
synchronized (Singleton.class) {
singleton = new Singleton();
}
}
return singleton;
}
}



嗯,使用了Java的synchronized方法,看起来不错哦。应该没有问题了吧?!错!这还是有问题!为什么呢?前面已经说过,如果有多个线程同时通过(singleton== null)的条件检查(因为他们并行运行),虽然我们的synchronized方法会帮助我们同步所有的线程,让我们并行线程变成串行的一个一个去 new,那不还是一样的吗?同样会出现很多实例。嗯,确实如此!看来,还得把那个判断(singleton== null)条件也同步起来。于是,我们的Singleton再次升级成1.2版本,如下所示:

// version 1.2
public class Singleton
{
private static final Singleton singleton = null;
private Singleton()
{
}
public static Singleton getInstance()
{
synchronized (Singleton.class)
{
if (singleton == null)
{
singleton = new Singleton();
}
}
return singleton;
}
}

不错不错,看似很不错了。在多线程下应该没有什么问题了,不是吗?的确是这样的,1.2版的Singleton在多线程下的确没有问题了,因为我们同步了所有的线程。只不过嘛……,什么?!还不行?!是的,还是有点小问题,我们本来只是想让new这个操作并行就可以了,现在,只要是进入 getInstance()的线程都得同步啊,注意,创建对象的动作只有一次,后面的动作全是读取那个成员变量,这些读取的动作不需要线程同步啊。这样的作法感觉非常极端啊,为了一个初始化的创建动作,居然让我们达上了所有的读操作,严重影响后续的性能啊!
还得改!嗯,看来,在线程同步前还得加一个(singleton== null)的条件判断,如果对象已经创建了,那么就不需要线程的同步了。OK,下面是1.3版的Singleton。
// version 1.3
public class Singleton
{
private static final Singleton singleton = null;
private Singleton()
{
}
public static Singleton getInstance()
{
if (singleton == null)
{
synchronized (Singleton.class)
{
if (singleton == null)
{
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}


感觉代码开始变得有点罗嗦和复杂了,不过,这可能是最不错的一个版本了,这个版本又叫“双重检查”Double-Check。下面是说明:
   1. 第一个条件是说,如果实例创建了,那就不需要同步了,直接返回就好了。
   2. 不然,我们就开始同步线程。
   3. 第二个条件是说,如果被同步的线程中,有一个线程创建了对象,那么别的线程就不用再创建了。
相当不错啊,干得非常漂亮!请大家为我们的1.3版起立鼓掌!

 

 

本文转载自:http://www.bangchui.org/read.php?tid=3663

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李牙刷儿
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