简单实用的设计模式 - 单例模式

单例模式的重要性不言而喻,对于那些比较耗内存的类,只实例化一次可以大大提高性能,尤其是在移动开发中。简而言之,保持程序运行的时候该类始终只有一个实例存在内存中。

ImageLoader、ActivityManager、EventBus、InputMethodManager...都用到了单例模式


在这里介绍两种最常用的单例模式的创建方式:懒汉式、饿汉式

存在即合理,这两种方法有好有坏,看你的出发点是什么了,不同的需求下采取的方式也不一样。


第一种,懒汉式:
一句话:随用随取 即:在你真正用到这个类的时候才会去创建这个单例对象,这叫延时加载

延迟加载(lazy load,也称为懒加载)是Hibernate3关联关系对象默认的加载方式,延迟加载机制是为了避免一些无谓的性能开销而提出来的,所谓延迟加载就是当在真正需要数据的时候,才真正执行数据加载操作。

它的好处:好处是比较得来的,相对于饿汉填鸭式的方式,它的好处是节省内存,但是带来的问题就是多线程的不安全性,需要加锁等操作来保证线程安全,加大了学习复杂度。

要解决这个问题,就得靠两个关键字:volatile、synchronized
网上有很多懒汉式单例模式的代码,我把最经典的实现代码copy如下:

public class Singleton {

private static volatile Singleton instance = null;

private Singleton(){
}

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

总结一下懒汉式步骤:
要保证单例,需要做以下几步:

1.必须防止外部可以调用构造函数进行实例化,因此构造函数必须私有化。
2.必须定义一个静态函数获得该单例
3.单例使用volatile修饰
4.两次if的双重判断

1,2步倒很好理解,在这里主要说说3,4步

3中的volatile是个关键字,它是与Java的内存模型有关,因此在讲述volatile关键之前,我们就必须了解一下与内存模型相关的概念和知识,这东西描述起来篇幅过大,这里有一篇很好的 volatile 与 内存模型 的文章,推荐你们读一下。

总的来说,文章想告诉我们,volatile关键字的两层语义
一旦一个共享变量被volatile修饰之后,那么就具备了两层语义:
1)保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性,即一个线程修改了某个变量的值,这新值对其他线程来说是立即可见的。
2)禁止进行指令重排序。

通俗点解释:
1)拿A、B两个线程举例,A、B同时在使用单例类Singleton,但是A线程把Singleton里面的一些东西给改了一下,那么B线程再使用没修改之前的Singleton你觉得合适吗,当然不合适!所以,volatile修饰Singleton之后,因为线程可见性,B线程就知道我要用到的Singleton被其他线程修改了,它就会重新读取Singleton;


第二点有点多,稍微啰嗦点:
2)说点题外话,有序性就是程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行:

int i = 0;              
boolean flag = false;
i = 1;                //语句1  
flag = true;          //语句2

上面代码定义了一个int型变量,定义了一个boolean类型变量,然后分别对两个变量进行赋值操作。从代码顺序上看,语句1是在语句2前面的,那么JVM在真正执行这段代码的时候会保证语句1一定会在语句2前面执行吗?不一定,为什么呢?这里可能会发生指令重排序(Instruction Reorder)。
下面解释一下什么是指令重排序,一般来说,处理器为了提高程序运行效率,可能会对输入代码进行优化,它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致,但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。

比如上面的代码中,语句1和语句2谁先执行对最终的程序结果并没有影响,那么就有可能在执行过程中,语句2先执行而语句1后执行。但是!但是!但是!指令重排序虽然不会影响单个线程的执行结果,但是如果多个线程在执行代码,那么指令重排序就可能会使得最后的运行结果发生错误。所以,想要并发程序正确地执行,必须禁止指令重排序。


第4步:synchronized内外都加了一个if判断,是多此一举吗?肯定不是!
它的作用是保证instance = new Singleton()的唯一执行。
试想一下:如果不加里面的判断,而此时就有3个线程A、B、C等着创建Singleton。正好B、C俩线程在A线程进入之前都通过了外面的if判断,即:

  if (instance == null) {
     B、C在此处等候
     synchronized (Singleton.class) {
        A进入创建了一个Singleton对象
        instance = new Singleton();
    }
  }

会发生什么?-答案很明显,B、C都会进入并且创建Singleton对象,这么一来,Singleton就会有三个对象,这还是单例模式吗?!!

所以,懒汉式单例的使用还是得按上面4步走,保证安全


第二种:饿汉式

它的好处:不需要考虑多线程的安全性,使用简便,但是随着而来的问题就是它不利于内存优化,因为它在该单例类Singleton加载时就立即创建对象
一句话就是类加载较慢,但获取对象的速度快

public class Singleton {

    private static final Singleton instance = new Singleton();
    
    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

比起懒汉式,饿汉式要简单得多。
想了想,该写的也就这么多啦,如果遇见其他的问题请大家告知我一下,大家再继续研究

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