单例-深入理解单例模式:静态内部类单例原理

附上一个比较好的帖子:https://blog.csdn.net/mnb65482/article/details/80458571

本篇主要是大概讲一下单例的原理,应用,各个实现方式,最主要的是再补充说明一下静态内部类单例的原理,虽然看了相关的帖子,但是对于我来说理解起来也是花了一些时间,那么本帖就会针对于我个人的疑惑做一个记录,仅供参考。

单例的应用场景

单例模式是指确保一个类在任何情况下都绝对只有一个实例并提供一个全局访问点。单例模式是创新型模式。单例模式在现实生活中应用也非常广泛,例如:公司CEO,部门经理等。J2EE标准中的ServletContext,ServletContextConfig等、Spring框架应用中的ApplicationContext、数据库的连接池等也都是单例形式的,也就是因为内存中只有一个实例,所以减少了内存的开销,还可以避免对资源的多重占用浪费。

单例的实现方式

这点就大概略过吧,因为比较简单。

主要有这几种:

  • 饿汉式单例模式,优点:没有加任何锁,执行效率比较高,用户体验比懒汉式单例模式好,缺点:类加载的时候就初始化,不管用不用都占着空间,浪费了内存。

  • 懒汉式单例模式,特点是:被外部类调用的时候内部类才会加载,虽然用时间换了空间,但是依然存在一个问题就是存在线程的安全问题,而在懒汉式单例模式基础上做的双重检查锁的单例模式虽然解决了问题,但是依然存在性能问题,因为毕竟需要上锁嘛。

  • 静态内部类单例模式,这种方式比较推荐,因为兼顾了饿汉式单例模式的内存浪费问题和synchronized的性能问题,内部类一定是要在方法调用前初始化,巧妙的避免了线程安全问题。

下面就简单的附上饿汉式单例模式和懒汉式单例模式代码,然后重点说下静态内部类的单例模式。

饿汉式单例模式

public class SingleTon{
   private static SingleTon INSTANCE = new SingleTon();
   private SingleTon(){}
  public static SingleTon getInstance(){ return INSTANCE; }}

懒汉式单例模式

public class SingleTon{
   private static SingleTon  INSTANCE = null;
   private SingleTon(){}
   public static SingleTon getInstance() {  
   if(INSTANCE == null){
      INSTANCE = new SingleTon(); 
    } 
    return INSTANCE;
  }
}


双重锁懒汉模式(Double Check Lock)

public class SingleTon{
  private static SingleTon  INSTANCE = null;
  private SingleTon(){}
  public static SingleTon getInstance(){if(INSTANCE == null){
   synchronized(SingleTon.class){
     if(INSTANCE == null){ 
        INSTANCE = new SingleTon();
       } 
     } 
        return INSTANCE; 
    } 
  }
}

静态内部类的单例模式

public class SingleTon{
  private SingleTon(){}
 
  private static class SingleTonHoler{
     private static SingleTon INSTANCE = new SingleTon();
 }
 
  public static SingleTon getInstance(){
    return SingleTonHoler.INSTANCE;
  }
}

在理解静态内部类的时候,务必先参考前面引用的帖子有个大概的印象,然后具体的内部类,static关键字什么的概念也得了解。

从代码中可以看到 SingleTonHoler 就是一个静态内部类,而我们在初始化外部类的时候,内部类并不会被调用,只有调用方法getInstance的时候,才会去初始化静态内部类SingleTonHoler,INSTANCE才会被初始化,再之后调用getInstance的时候那么就仅会返回已经初始化过的INSTANCE了。

疑问点1:如果多个线程同时去初始化内部类,然后导致new了多个singleton呢?

虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确地加锁、同步,如果多个线程同时去初始化一个类,那么只会有一个线程去执行这个类的<clinit>()方法,其他线程都需要阻塞等待,直到活动线程执行<clinit>()方法完毕。如果在一个类的<clinit>()方法中有耗时很长的操作,就可能造成多个进程阻塞(需要注意的是,其他线程虽然会被阻塞,但如果执行<clinit>()方法后,其他线程唤醒之后不会再次进入<clinit>()方法。同一个加载器下,一个类型只会初始化一次。),在实际应用中,这种阻塞往往是很隐蔽的。

疑问点2:静态内部类又是如何实现线程安全的呢?

首先,我们先了解下类的加载时机。
类加载时机:JAVA虚拟机在有且仅有的5种场景下会对类进行初始化。
1.遇到new、getstatic、setstatic或者invokestatic这4个字节码指令时,对应的java代码场景为:new一个关键字或者一个实例化对象时、读取或设置一个静态字段时(final修饰、已在编译期把结果放入常量池的除外)、调用一个类的静态方法时。
2.使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候,如果类没进行初始化,需要先调用其初始化方法进行初始化。
3.当初始化一个类时,如果其父类还未进行初始化,会先触发其父类的初始化。
4.当虚拟机启动时,用户需要指定一个要执行的主类(包含main()方法的类),虚拟机会先初始化这个类。
5.当使用JDK 1.7等动态语言支持时,如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄,并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。
这5种情况被称为是类的主动引用,注意,这里《虚拟机规范》中使用的限定词是"有且仅有",那么,除此之外的所有引用类都不会对类进行初始化,称为被动引用。静态内部类就属于被动引用的行列。

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