分析常见的单例模式写法和问题

以下是普通场景下常见的单例模式

懒汉式

class A{
    private A instance;
    private A(){}
    public A getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new A();
            return instance;
        }
        return instance;
    }
}

声明一个静态对象,在第一次调用时初始化实例。
优点:只会在使用时才会实例化,一定程度上节约资源。
缺点:第一次加载会实例化,反应稍慢。会有线程安全问题,在多线程中会创建多个实例。时间换空间

饿汉式

class A{
    private A instance = new A();
    private A(){}
    public A getInstance(){
        return instance;
    }
}

声明静态对象时就创建了该实例,问题是如果不使用的话存在内存就占用内存,浪费内存空间。空间换时间

DCL -> double check lock 双重校验模式

DCL.png

DCL模式会进行两次空判断,为什么会有两次空判断呢?
第一次:为了避免同步,浪费资源,提高性能,要不然每次都要去竞争锁。
第二次:在多线程的情况下,可能会出现多个线程同时执行获取实例的方法,这个时候第一次的校验可能都是空的,这时会可能有多个活跃线程处于等待获取锁的情况,在锁释放后就会再次竞争获取锁,之后会执行下面创建实例的操作了,那么就会导致内存中多个实例的出现。
DCL失效问题:jdk1.5之后,编译器允许指令重排优化,重排优化的意思是,执行的顺序可能会变化,在多线程中可能会出现单例对象在构造方法调用之前就为该对象分配了内存空间,并且分配了变量索引,但是这个时候其实该实例还未初始化,这时候切换线程获取实例获取到的就是一个错误的对象。
使用volatile关键字会在编译期间告知编译器不能指令重排,所以这初始化的步骤顺序不变也就避免了DCL失效问题。
优点:资源利用率高
缺点:第一次加载速度慢

静态内部类单例模式

静态单例.png

优点:外部类加载时并不会立即加载内部类,内部类不被加载也就是不会初始化,所以不占内存。只有当getInstance方法被调用才回去初始化去加载单例类实例,这种方法不仅保证线程安全,也能保证单例的唯一性,同时延迟了单例的实例化时机。
缺点:由于是静态内部类的形式去创建单例,所以外界无法传参,可以在DCL和静态单例模式选择其一。
静态内部类如何实现线程安全?
一般类从它被加载到虚拟机到它从虚拟机中被卸载,它的生命周期:加载-验证-准备-解析-初始化-使用-卸载,会经过这几个阶段,初始化阶段就是类的初始化过程
虚拟器会在其中五种场景下去创建实例
1、遇到new、getstatic、setstatic和invokestatic这四条字节码指令时。new一个对象,读取或者设置一个static变量时(如果被final修饰的类变量在编译期间已经把结果放到常量池中),还有在调用类的静态方法时,如果类还未初始化会立刻对类进行初始化。
2、使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用时,如果类没有初始化,需要先调用初始化方法进行初始化。
3、当初始化一个类时,如果其父类还未初始化,会先触发父类的初始化。
4、当虚拟机启动时,我们的主类会被初始化(包含main()方法的)
5、当使用jdk1.7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初始化,则需要先出触发其初始化。
这五种被称为类的主动引用,除此之外的引用类都不会对类进行初始化,被称为被动引用。静态内部类就属于被动引用。
《深入理解Java虚拟机》:虚拟机保证一个类的<clinit>方法在多线程环境会被正确的加锁和同步,如果在多线程中同时初始化一个类,那么只有有一个线程去执行<clinit>方法,其他线程都需要阻塞等待,直到线程执行<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。
所以可以看出INSTANCE在创建过程中是线程安全的,所以说静态内部类形式的单例可保证线程安全,也能保证单例的唯一性,同时也延迟了单例的实例化。

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