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设计模式之单列模式

单列模式是一种经典的设计模式,在校招中最乐意考的设计模式之一~

设计模式就是软件开发中的棋谱,大佬们针对一些常见的场景,总结出来的代码的编写套路,按照套路来写,不说你写的多好,至少不会太差~

在校招中,主要考察两个设计模式:单列模式,工厂模式

本文主要讲解单列模式

单列《——》单列模式(instance)对象

一个程序中,某个类只创建出一个实列(对象)——》不能创建多个对象!

Java中的单列模式借助Java语法,保证某个类只能创建出一个实列,而不能new多次!!有些场景,本身就是要求某个概念是单列的!!

在Java语法中,如何做出单列模式的实现呢??

Java中实现单列模式的有很多种写法:起码有5/6种写法,但是课堂上主要说两种:

  • 饿汉模式(饥饿)
  • 懒汉模式(从容)

饿汉:吃完饭就立刻去洗碗

懒汉:吃完饭之后,先把碗放到一边,等到下一顿吃的时候,需要用到碗了再洗,通常认为懒汉模式更好(效率更高)

比如:中午吃饭,用了4个碗

饿汉:吃完就得把4个碗都洗了

懒汉:晚上吃饭只用2个碗,此时只需要洗2个就ok了

计算机中的列子,打开一个硬盘上的文件,读取文件内容,并显示出来:

饿汉:把文件所有的内存都读到内存中,并显示出来

懒汉:只把文件读一小部分,把当前屏幕填充上,如果用户翻页了,在读其他文件内容,如果不翻页就省下了

假设文件非常大:10G:

饿汉模式:文件可能卡半天!内存够不够??

懒汉模式:可以快速打开!

我们来看一下下述代码吧:饿汉模式:

class Singleton{//唯一的实体private static Singleton instance=new Singleton();//获取到实列的方法public static Singleton getInstance(){return instance;//单词的读操作,不涉及修改}//禁止外部new实列//此处,在类内部把实列创建好,同时禁止外部重新创建实列,此时就可以保证是单列的特性了!private Singleton(){//构造方法设为private//仅类内部使用}
}public class Main {public static void main(String[] args) {//此时s1和s2是同一个对象Singleton s1=Singleton.getInstance();Singleton s2=Singleton.getInstance();//Singleton s3=new Singleton();//此处要把new操作禁止掉,则把该类的构造方法设为private即可}
}

上述代码是线程安全的(饿汉模式),先创建好实列,随去随用~

private static Singleton instance=new Singleton();

在上述的该段代码中:被static修饰,该属性是类的熟悉,JVM中,每个类的类对象只有唯一一份,类对象里的这个成员,自然也是唯一的!!

但是对于创建的这个实列,我们可以用不到,因此:非必要不创建《——》懒汉模式

懒汉模式的核心思想:——》非必要不创建

//通过懒汉模式实现一下单列模式
class SingletonLazy{volatile private static SingletonLazy instance=null;//先置为空//只有调用getInstance才会new一个对象,如果再次调用getInstance,仍然会返回之前的实列public static SingletonLazy getInstance(){//这个条件,判定是否需要加锁,如果对象已经有了,//就不必加锁了,此时本身就是线程安全的if (instance==null){synchronized (SingletonLazy.class){//加锁,保证判定和new是一个原子操作if (instance==null){instance=new SingletonLazy();}}}return instance;//唯一}private SingletonLazy(){//构造方法设为private//类中可以访问,类外不能访问}
}public class Main1 {public static void main(String[] args) {SingletonLazy s1=SingletonLazy.getInstance();SingletonLazy s2=SingletonLazy.getInstance();//此时s1和s2是同一个实列System.out.println(s1==s2);//true}
}

显而易见,上述代码的运行结果为:

思考一下:对于前面的饿汉模式和懒汉模式的两个代码,是否线程安全??

对于饿汉模式:认为线程安全的——》只是读数据

对于懒汉模式:多线程下调用getInstance,可能会出现问题《——》线程不安全

多线程下,懒汉模式可能无法保证创建对象的唯一性!!

懒汉模式的部分代码如下:

如果是N个线程一起调用,可能就会搞出N个对象了!!

通过加锁操作《——》锁要加在哪里??多线程的代码是很复杂的,不是说只要写了加锁操作,就一定是线程安全了,只能具体问题具体分析。

加锁,是一个比较低效的操作(加锁就可能涉及到阻塞等待~)!!非必要不加锁

对于getInstance()这个方法:

在该段代码中,任何时候调用getInstance(),都会触发锁的竞争。

其实,此处的线程不安全,只出现在首次创建对象这里,一旦对象new好了,后续在调用getInstance(),就只是单纯的读操作了,就没有线程安全问题,就没有必要再加锁了!!

因此,可以在加一个if语句的判定(两个if语句的判定更加完美)

这两个if (instance==null)的代码,看起来一样,实际上,他俩的差别很大!!按照咱们之前的理解,两行代码如果紧挨着的,此时两行代码就会被迅速的执行完,近似就可以看作是“同一时机”,实际上,由于这两个if中间间隔了个synchronized,加锁可能导致阻塞,至于啥时候解除阻塞,时间不一定!!虽然两个条件相同,但是如果调用时间长了,结果也可能会不同~!!

加上volatile可以解决指令重排序的问题:

volatile private static SingletonLazy instance=null;//先置为空

小结一下,瞬间开心:

单列模式的线程安全问题:(经典面试题)

饿汉模式:天然就是安全的,只是读操作

懒汉模式:不安全,有读也有写操作

  • 加锁,把if和new变成原子操作
  • 双重if,减少不必要的加锁操作
  • 使用volatile,禁止指令重排序,保证后续线程拿到的是完整对象

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