Java Web 实战 07 - 多线程基础之单例模式

大家好 , 这篇文章给大家带来的是单例模式 , 单例模式中分为懒汉模式和饿汉模式 , 懒汉模式是需要用的到的时候才去创建实例 , 而饿汉模式是程序一启动就立刻创建实例 , 在这其中还有很多其他问题需要我们去研究
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单例模式

单例模式是一种非常常见的设计模式

设计模式就相当于棋谱 , 前人总结出的一些固定套路 , 如果我们按照这些固定套路 , 代码就不会写的太离谱

设计模式虽然很有用 , 但是需要大家有一定的编程经验才好理解一点
未来肯定会经常和设计模式打交道 , 但是现在我们还是学习一下面试中比较常见的设计模式
校招中 , 关于设计模式 , 主要考察两个 : 单例模式、工厂模式

单例模式的目的就是 : 有些对象 , 在一个程序中应该只有一个实例 , 就可以使用单例模式
在单例模式下 , 对象的实例化就被限制了 , 只能创建一个 , 多的就不能再创建了

单例模式就是借助相关语法强制限制咱们不能创建多个实例

开车为啥要系安全带 ?
大家都不想出现事故 , 但是通过司机并不能完全保证安全
所以就出现了安全带 , 一定程度上保证了安全

在 Java 中 , 单例模式有很多种实现方式
我们主要介绍两个 : 饿汉模式和懒汉模式
他们俩描述的是创建实例的时机
饿汉模式 : 程序启动立即创建实例
懒汉模式 : 程序启动先不创建实例 , 等到真正有用的时候再创建实例

大家不要把懒理解成贬义词 , 在计算机中 , 懒这个字往往意味着性能比较高
许多科技的发明都是因为人类懒 , 想要方便生活

计算机中 , 这种思想很常见
硬盘里面有许多大文件
使用文件资源管理器打开它

饿汉模式 : 把这些大文件通通读到内存中 , 读取完毕之后再让用户进行查看和修改
懒汉模式 : 只读取出当前页面能显示出的范围的文件数目 , 随着用户翻页 , 继续再读后面内容 , 用户还没翻到 , 就不着急度

或者刷抖音 , 不是一下子加载出所有的视频 , 而是一个一个加载 , 刷完了再加载下一条
或者微信朋友圈 , 只有当你点进去的时候 , 才会加载原图 , 否则就不加载

1. 饿汉模式 : 程序启动立即创建实例

// 单例模式的实现// 饿汉模式classSingleton{// 创建实例,把创建的实例赋值给一个静态变量// 静态变量又叫做类变量,类对象在整个程序中只有唯一一个实例->保证了单例privatestaticSingleton instance =newSingleton();// 通过这个静态方法返回独苗实例// 后续如果需要使用这个实例,统一基于getInstance方法来获取咱们的独苗实例,就不需要去new了publicstaticSingletongetInstance(){return instance;}// 构造方法设为私有:其他的类想来new就不行了// 从根本上禁止了其他代码来new Singleton 实例了privateSingleton(){}}publicclassDemo19{publicstaticvoidmain(String[] args){Singleton instance1 =Singleton.getInstance();Singleton instance2 =Singleton.getInstance();// 创建的是同一个实例System.out.println(instance1 == instance2);// true}}

如果我们再手动创建一个实例 , 就会报错

单例模式的关键是 : 使用静态成员表示实例 (唯一性) + 让构造方法为私有 (堵住了 new 创建新实例的方式)

那么这段代码为什么说是饿汉模式呢 ?

2. 懒汉模式 : 程序启动先不创建实例 , 等到真正有用的时候再创建实例

// 单例模式的实现// 懒汉模式classSingletonLazy{// 先不着急实例化privatestaticSingletonLazy instance =null;publicstaticSingletonLazygetInstance(){// 进行判断// 为空->创建实例if(instance ==null){
            instance =newSingletonLazy();}return instance;}// 构造方法同样也是 private 的privateSingletonLazy(){}}publicclassDemo19{publicstaticvoidmain(String[] args){Singleton instance1 =Singleton.getInstance();Singleton instance2 =Singleton.getInstance();}}

3. 正题 : 上述的两个单例模式的代码在多线程环境下调用 getInstance() 是线程安全的吗?

饿汉模式是天然线程安全的

懒汉模式是线程不安全的

懒汉模式一旦实例创建好之后 , 后续 if 条件就进不去了 , 此时也就全是读操作了 , 也就线程安全了
所以我们要是想让懒汉模式变成线程安全的 , 就一定要解决第一次创建实例的过程

那如何解决懒汉模式的线程不安全问题呢 ?
解决办法就是加锁

// 单例模式的实现// 懒汉模式classSingletonLazy{// 先不着急实例化privatestaticSingletonLazy instance =null;publicstaticSingletonLazygetInstance(){// 进行判断// 为空->创建实例synchronized(SingletonLazy.class){if(instance ==null){
                instance =newSingletonLazy();}}return instance;}// 构造方法同样也是 private 的privateSingletonLazy(){}}publicclassDemo19{publicstaticvoidmain(String[] args){Singleton instance1 =Singleton.getInstance();Singleton instance2 =Singleton.getInstance();}}

但是目前还是有问题
懒汉模式只是初始情况下 , 才会有线程不安全问题
一旦实例创建好了之后 , 此时就安全了
既然如此 , 后续再调用 getInstance 的时候就不应该再去加锁了
当线程已经安全了 , 我们再尝试进行加锁 , 其实就非常影响效率了
所以我们需要做到 : 该加锁的地方需要加锁 , 不该加锁的时候别乱加锁
我们只需要再加上一层 if 判定就 ok 了

// 单例模式的实现// 懒汉模式classSingletonLazy{// 先不着急实例化privatestaticSingletonLazy instance =null;publicstaticSingletonLazygetInstance(){// 进行判断// 为空->创建实例if(instance ==null){synchronized(SingletonLazy.class){if(instance ==null){
                    instance =newSingletonLazy();}}}return instance;}// 构造方法同样也是 private 的privateSingletonLazy(){}}publicclassDemo19{publicstaticvoidmain(String[] args){Singleton instance1 =Singleton.getInstance();Singleton instance2 =Singleton.getInstance();}}

外层 if 为了降低加锁的频率 , 降低锁冲突的概率 . 里层 if 才是真正判定是否要实例化
我们再举个栗子帮大家理清楚为什么要用双层判断

其中 , 一个线程读 , 一个线程写还存在内存可见性问题

// 单例模式的实现// 懒汉模式classSingletonLazy{// 先不着急实例化volatileprivatestaticSingletonLazy instance =null;publicstaticSingletonLazygetInstance(){// 进行判断// 为空->创建实例if(instance ==null){synchronized(SingletonLazy.class){if(instance ==null){
                    instance =newSingletonLazy();}}}return instance;}// 构造方法同样也是 private 的privateSingletonLazy(){}}publicclassDemo19{publicstaticvoidmain(String[] args){Singleton instance1 =Singleton.getInstance();Singleton instance2 =Singleton.getInstance();}}