单态设计模式(Singleton Design Pattern)

1 基本概念

单态模式是设计模式中最为人熟知的也是形式最简单的。它的基本概念是一个类只生成一个实例。

2 应用

Singleton的应用有很多,譬如对数据库只能有一个连接,或者对网站的连接数的计数器。

3 几种形式

基本形式是使用private constructor和一个public的static方法来获得类的实例。

Snippet 1

constructor是private,所以如 Singleton s = new Singleton() 不再可行了。只能通过

Singleton s = Singleton.getInstance(); 来获得实例,而这个实例因为是static,全局共享一个,所以无论有多少个Singleton s = Singleton.getInstance(); 得到的实例都是同一个。

Singleton Design Pattern

 

而Singleton 还有另外一种形式,采用lazy initialization:

Snippet 2

Snippet 2同Snippet 1的区别在于:

Snippet 1在load class阶段就创建对象了;

而Snippet 2只有第一次要实例化的时候才会创建对象。这就是所谓的lazy initialization。

多线程问题

我们来看snippet 2,如果是单线程,没问题,如果是多线程,问题就出现了,因为两个线程可以同时进入if(instance == null) 这个判断语句,所以有可能两个线程创建两个实例。

Snippet 3

然而Snippet 3的问题是在创建了对象之后, instance = new Singleton() 这个语句就再也不会执行了,所以对整个方法进行同步的话效率低下,这样就有人想出了Double-checked locking的方法:

Snippet 4

这样就解决了问题,仅仅对

这段代码进行同步,如果对象已经被创建,就不会进入到第一个if代码段里面,所以仅仅在第一次创建的时候会进行同步,效率自然高了。现在看来万无一失了。但问题还没有这么简单。

out-of-order write问题,更多相关资料请见: DoubleCheckedLocking

instance = new Singleton();  的顺序应该是

但因为Java Memory Model的问题,可能出现下面的所谓out-of-order write的问题:

也就是还没对对象初始化,就已经instance != null了,这样如果另外一个线程这时候对实例进行操作,可能有意想不到的结果。

但仍旧没有好的办法可以完全解决这个问题。见 参考一 参考二

综上,采用Snippet 1或者Snippet 3比较安全。Snippet 2和Snippet 4最好在多线程的环境下不要使用,否则可能会出错。

 

4 限制

但Singleton的模式还是有限制的

1 因为采用private constructor,所以Singleton是不能被继承的。

2 如果应用是在容器中运行,就要小心,因为servlet可能在被几个classloader加载,同时有几个Singleton实例存在。

3 另外如果Singleton是可被序列化的(Serializable),如果序列化一次而反序列化多次就有可能有多个Singleton实例存在。关于序列化见此文

 

5 结论

所以就算是看起来最简单的设计模式也有这么多变数,一不小心就可能落入陷阱。不过当你知道陷阱在哪,也就能避免掉进去了。

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最新评论
  • 在java中可能会有问题

  • 虽然很熟悉Singleton,但看了之后还是很有收获!

  • synchronized少写了个h 多谢分享 很有用!
    有一句话没有看懂“然而Snippet 3的问题是在创建了对象之后, instance = new Singleton() 这个语句就再也不会执行了,所以对整个方法进行同步的话效率低下” 请问此语句不能执行 为什么会导致效率低下呢?

    • 唐小娟   2012/08/27

      姑凉看得真细心 错误已更正 谢谢
      回答你的问题:
      因为new Singleton()在整个过程中只会执行一次,那么当实例化之后,instance就不等于null了(这个概率是99%),那么如果这时像Snippet 2对整个方法进行同步的话,假如A进入到这个同步中就获得了锁,B就不能进入到这个方法,要等到A执行完才能返回。
      再看Snippet 3,A B可以同时判断instance是不是null,一看不是null就直接返回,不会进入同步block,所以在99%的情况下效率会高很多

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