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单态设计模式


 

  1 基本概念

  单态模式是设计模式中最为人熟知的也是形式最简单的。它的基本概念是一个类只生成一个实例。【java培训视频

  2 应用

  ingleton的应用有很多,譬如对数据库只能有一个连接,或者对网站的连接数的计数器。

  3 几种形式

  基本形式是使用private constructor和一个public的static方法来获得类的实例。

  1. public class Singleton {

  2. private static Singleton instance = new Singleton();

  3.

  4. private Singleton(){}

  5.

  6. public static Singleton getInstance() {

  7. return instance;

  8. }

  9. }

  Snippet 1

  constructor是private,所以如 Singleton s = new Singleton() 不再可行了。只能通过

  Singleton s = Singleton.getInstance(); 来获得实例,而这个实例因为是static,全局共享一个,所以无论有多少个Singleton s = Singleton.getInstance(); 得到的实例都是同一个。

  constructor是private,所以如 Singleton s = new Singleton() 不再可行了。只能通过Singleton s = Singleton.getInstance();来获得实例,而这个实例因为是static,全局共享一个,所以无论有多少个Singleton s = Singleton.getInstance(); 得到的实例都是同一个。

  而Singleton 还有另外一种形式,采用lazy initialization:

  1. public class Singleton {

  2. private static Singleton instance = null;

  3.

  4. private Singleton(){}

  5.

  6. public static Singleton getInstance() {

  7. if(instance == null)

  8. instance = new Singleton();

  9. return instance;

  10. }

  11. }

  Snippet 2

  Snippet 2同Snippet 1的区别在于:

  Snippet 1在load class阶段就创建对象了;

  而Snippet 2只有第一次要实例化的时候才会创建对象。这就是所谓的lazy initialization。

  多线程问题

  我们来看snippet 2,如果是单线程,没问题,如果是多线程,问题就出现了,因为两个线程可以同时进入if(instance == null) 这个判断语句,所以有可能两个线程创建两个实例。

  1. public class Singleton {

  2. private static Singleton instance = null;

  3.

  4. private Singleton(){}

  5.

  6. public static syncronized Singleton getInstance() {

  7. if(instance == null)

  8. instance = new Singleton();

  9. return instance;

  10. }

  11. }

  Snippet 3

  然而Snippet 3的问题是在创建了对象之后, instance = new Singleton() 这个语句就再也不会执行了,所以对整个方法进行同步的话效率低下,这样就有人想出了Double-checked locking的方法:

  1. public class Singleton {

  2. private static Singleton instance = null;

  3.

  4. private Singleton(){}

  5.

  6. public static Singleton getInstance() {

  7. if(instance == null)

  8. syncronized(Singleton.class){

  9. if(instance == null)

  10. instance = new Singleton();

  11. }

  12.

  13. return instance;

  14. }

  15. }

  Snippet 4

  这样就解决了问题,仅仅对

  1. if(instance == null)

  2. instance = new Singleton();

  这段代码进行同步,如果对象已经被创建,就不会进入到第一个if代码段里面,所以仅仅在第一次创建的时候会进行同步,效率自然高了。现在看来万无一失了。但问题还没有这么简单。

  out-of-order write问题,更多相关资料请见: DoubleCheckedLocking

  instance = new Singleton(); 的顺序应该是

  1. 分配内存

  2. 构造函数初始化

  3. 将对象的reference赋值给instance

  但因为Java Memory Model的问题,可能出现下面的所谓out-of-order write的问题:

  1. 分配内存

  2. 将对象的reference赋值给instance

  3. 构造函数初始化

  也就是还没对对象初始化,就已经instance != null了,这样如果另外一个线程这时候对实例进行操作,可能有意想不到的结果。

  但仍旧没有好的办法可以完全解决这个问题。见 参考一 , 参考二

  综上,采用Snippet 1或者Snippet 3比较安全。Snippet 2和Snippet 4最好在多线程的环境下不要使用,否则可能会出错。

  4 限制

  但Singleton的模式还是有限制的

  1 因为采用private constructor,所以Singleton是不能被继承的。

  2 如果应用是在容器中运行,就要小心,因为servlet可能在被几个classloader加载,同时有几个Singleton实例存在。

  3 另外如果Singleton是可被序列化的(Serializable),如果序列化一次而反序列化多次就有可能有多个Singleton实例存在。关于序列化见此文。

  5 结论

  所以就算是看起来最简单的设计模式也有这么多变数,一不小心就可能落入陷阱。不过当你知道陷阱在哪,也就能避免掉进去了。