设计模式学习专栏二--------单例模式

单例模式

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单例模式：确保一个类最多只有一个实例，并提供一个全局访问点

有些对象我们只需要一个：线程池、缓存、硬件设备等
如果多个实例会有造成冲突、结果的不一致性等问题

单例模式的类图：

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由类图转化的代码

#Singleton.java
public class Singleton {
   private static Singleton uniqeInstance=null;
   //私有的构造方法，杜绝了在外界通过new来实例化对象
   private Singleton(){
      
   };
   //在类方法中，专门用来构造Singleton对象。并将该单例对象暴露给外界
   public static Singleton getInstance()
   {
      if(uniqeInstance==null)
      {
         uniqeInstance=new Singleton();
      }
      return uniqeInstance;
   }
}

存在的问题： 在多线程的情况下，如果多个线程同时调用getInstance()方法，则有可能会创建多个实例对象

多线程下可能创建多个实例对象的解决方案

同步（synchronized）getInstance方法

private static Singleton uniqeInstance = null;
public synchronized static Singleton getInstance()
{
   if(uniqeInstance==null)
   {
      uniqeInstance=new Singleton();
   }
   return uniqeInstance;
}

缺点： 每一次调用getInstance() 都会使用锁机制，会非常消耗资源。

“急切”创建实例(饿汉式)

静态成员变量不再为null,而是一开始就为它赋值一个实例

在这种情况下，类一被加载，静态成员变量就被初始化了。 如果程序中的单例对象全都采用这种方法，但某些单例对象从来没被使用过， 那么就会造成内存的浪费。

public class Singleton {
   
   private static Singleton uniqeInstance=new Singleton();
   //私有的构造方法，杜绝了在外界通过new来实例化对象
   private Singleton(){
      
   };
   //在类方法中，专门用来构造Singleton对象
   public synchronized static Singleton getInstance()
   {
      return uniqeInstance;
   }

}

双重检查加锁(延迟加载)

public volatile static ChocolateFactory uniqueInstance = null;
public static ChocolateFactory getInstance() {
   if (uniqueInstance == null) {    //第一重检测
      synchronized (ChocolateFactory.class) {
         if (uniqueInstance == null) {      //第二重检测
            uniqueInstance = new ChocolateFactory();
         }
      }
   }
   return uniqueInstance;
}

1. 如果第一次实例化时,有多个线程同时通过第一重检测,第二重检测保证了只能有一个线程实例化成功.其他竞争失败的线程直接返回 已创建的实例
2. 此后所有的实例化经过第一重检测就直接返回
3. volatile 存在的意义 (见下, 详细可参考并发编程与艺术)

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• 上诉代码是一个错误的方案。在线程执行到第4行时，代码读到instance不为null时，instance引用的对象有可能还没有完成初始化

• 问题的根源

  • 代码的第七行 instance = new Instance(); 创建了一个对象，这一行代码可以分解为如下3行伪代码

    • memory = allocate(); //1. 分配对象的内存空间
    • initInstance(memory) //2. 初始化对象
    • instance = memory ; //3. 设置instance指向刚分配的内存地址

  • 实际上，上面3行代码的2和3有可能发生重排序。 那么在多线程的情况下就有可能 访问到未初始化的对象！

  • image

  • 解决方案，使用volatile修饰成员变量instance。第2/3步将会被禁止重排序！