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单例模式的写法以及探讨

单例模式的写法以及探讨

作者: _Zy | 来源:发表于2018-06-15 23:56 被阅读72次

    单例模式有很多种方法,有些已经过时但是很多博客还在不断的当做单例标准放出来。
    有些实现很优雅,但大家平时都没有注意到。
    我总结了几个单例,以及各自的实现方式。

    关于反序列化破坏单例的相关原理以及讲解,可以看文末Holis的文章。在本文就不放出了。

    使用枚举

    这是目前代码最少,也是最优雅,最高效的方式。是Effective Java 作者 Josh Bloch提倡的方式
    它利用了枚举的特性。
    不仅能避免多线程同步问题,而且还能防止反序列化重新创建新的对象。

    public enum Singleton{
      INSTANCE;
      public void whateverMethod(){}
    }
    

    定义枚举时使用enum和class一样,是Java中的一个关键字。就像class对应用一个Class类一样,enum也对应有一个Enum类。

    通过将定义好的枚举反编译,我们就能发现,其实枚举在经过javac的编译之后,会被转换成形如public final class T extends Enum的定义。

    反编译后的代码为:

    public final class T extends Enum
    {
        //省略部分内容
        public static final T SPRING;
        public static final T SUMMER;
        public static final T AUTUMN;
        public static final T WINTER;
        private static final T ENUM$VALUES[];
        static
        {
            SPRING = new T("SPRING", 0);
            SUMMER = new T("SUMMER", 1);
            AUTUMN = new T("AUTUMN", 2);
            WINTER = new T("WINTER", 3);
            ENUM$VALUES = (new T[] {
                SPRING, SUMMER, AUTUMN, WINTER
            });
        }
    }
    

    了解JVM的类加载机制的朋友应该对这部分比较清楚。static类型的属性会在类被加载之后被初始化。

    当一个Java类第一次被真正使用到的时候静态资源被初始化、Java类的加载和初始化过程都是线程安全的(因为虚拟机在加载枚举的类的时候,会使用ClassLoader的loadClass方法,而这个方法使用同步代码块保证了线程安全)。所以,创建一个enum类型是线程安全的。

    也就是说,我们定义的一个枚举,在第一次被真正用到的时候,会被虚拟机加载并初始化,而这个初始化过程是线程安全的。而我们知道,解决单例的并发问题,主要解决的就是初始化过程中的线程安全问题。

    所以,由于枚举的以上特性,枚举实现的单例是天生线程安全的。


    延迟初始化占位(推荐)

    使用专门的一个类来初始化 Resource。
    这是Java并发编程中推荐的实现方式,同时也是目前使用最普遍的一种方式。

    JVM将推迟ResourceHandler的初始化操作,直到开始使用这个类时才开始初始化,并且由于通过一个静态初始化来初始化 Reource,因此不需要额外的同步。

    也就是说,使用类加载器的特性来保证同步。因为虚拟机在加载类的时候,会使用ClassLoader的loadClass方法,而这个方法使用同步代码块保证了线程安全。

    当任何一个线程第一次调用 getResource 时,都会使 ResourceHolder被加载和被初始化,此时静态初始化器将执行Resource的初始化操作。

    代码展示如下:

    public class ResourceFactory{
        private static class ResourceHolder{
            public static Resource resource = new Resource();
        }
    
        public static Resource getResource(){
            return ResourceHolder.resource();
        }
    }
    

    双重检查加锁(懒汉式,不推荐)

    双重锁校验代码很臃肿,因为大部分代码都是在保证线程安全

    双重检查加锁存在问题的重点在于,需要给单例对象使用 volatile 修饰。否则由于存在指令重排序的问题,会导致可能引用一个失效的值。
    同时,还需要对构造器私有化,防止显示的调用构造器造成单例被破坏。
    而且该方法还存在一个缺陷,那就是在反序列化的时候可能破坏单例。(具体解释稍后放出)
    但尽管如此,这种方法代码复杂繁琐,一点也不优雅。Java并发编程实战已经建议废弃该方法。

    (当然这可以作为一个理解 volatile 的很好的讲解例子)

    不过还是放源码吧:

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

    预初始化(饿汉式)

    这个实现很简单,也就是在类的静态成员属性中直接初始化实例对象,这样在类加载的时候就会被初始化。
    不过同样也不建议,因为有更好也更优雅的方式。

    代码如下:

    public class ResourceFactory{
        private static Resource resource = new Resource();
        public static getResource(){
          return resource;
        }
    }
    



    (如果有什么错误或者建议,欢迎留言指出)
    (本文内容是对各个知识点的转载整理,用于个人技术沉淀,以及大家学习交流用)


    参考资料:
    Java并发编程实战--双重检查加锁( double check lock)与延迟初始化占位
    Holis-为什么强烈建议大家使用枚举实现单例

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