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JAVA多線程并發(fā)下的單例模式應(yīng)用
單例模式應(yīng)該是設(shè)計(jì)模式中比較簡單的一個(gè)，也是非常常見的，但是在多線程并發(fā)的環(huán)境下使用卻是不那么簡單了，今天小編給大家分享一個(gè)在開發(fā)過程中遇到的單例模式的應(yīng)用。
單例模式應(yīng)該是設(shè)計(jì)模式中比較簡單的一個(gè)，也是非常常見的，但是在多線程并發(fā)的環(huán)境下使用卻是不那么簡單了，今天給大家分享一個(gè)我在開發(fā)過程中遇到的單例模式的應(yīng)用。
首先我們先來看一下單例模式的定義：
一個(gè)類有且僅有一個(gè)實(shí)例，并且自行實(shí)例化向整個(gè)系統(tǒng)提供。
單例模式的要素：
1.私有的靜態(tài)的實(shí)例對象
2.私有的構(gòu)造函數(shù)(保證在該類外部，無法通過new的方式來創(chuàng)建對象實(shí)例)
3.公有的、靜態(tài)的、訪問該實(shí)例對象的方法
單例模式分為懶漢形和餓漢式
懶漢式：
應(yīng)用剛啟動(dòng)的時(shí)候，并不創(chuàng)建實(shí)例，當(dāng)外部調(diào)用該類的實(shí)例或者該類實(shí)例方法的時(shí)候，才創(chuàng)建該類的實(shí)例。(時(shí)間換空間)
優(yōu)點(diǎn)：實(shí)例在被使用的時(shí)候才被創(chuàng)建，可以節(jié)省系統(tǒng)資源，體現(xiàn)了延遲加載的思想。
缺點(diǎn)：由于系統(tǒng)剛啟動(dòng)時(shí)且未被外部調(diào)用時(shí)，實(shí)例沒有創(chuàng)建;如果一時(shí)間有多個(gè)線程同時(shí)調(diào)用LazySingleton.getLazyInstance()方法很有可能會(huì)產(chǎn)生多個(gè)實(shí)例。
例子：
publicclassSingletonClass{
//私有構(gòu)造函數(shù)，保證類不能通過new創(chuàng)建
privateSingletonClass(){}
privatestaticSingletonClassinstance=null;
publicstaticSingletonClassgetInstance(){
if(instance==null){
//創(chuàng)建本類對象
instance=newSingletonClass();
}
returninstance;
}
}
餓漢式：
應(yīng)用剛啟動(dòng)的時(shí)候，不管外部有沒有調(diào)用該類的實(shí)例方法，該類的實(shí)例就已經(jīng)創(chuàng)建好了。(空間換時(shí)間。)
優(yōu)點(diǎn)：寫法簡單，在多線程下也能保證單例實(shí)例的唯一性，不用同步，運(yùn)行效率高。
缺點(diǎn)：在外部沒有使用到該類的時(shí)候，該類的實(shí)例就創(chuàng)建了，若該類實(shí)例的創(chuàng)建比較消耗系統(tǒng)資源，并且外部一直沒有調(diào)用該實(shí)例，那么這部分的系統(tǒng)資源的消耗是沒有意義的。
例子：
publicclassSingleton{
//首先自己在內(nèi)部定義自己的一個(gè)實(shí)例，只供內(nèi)部調(diào)用
privatestaticfinalSingletoninstance=newSingleton();
//私有構(gòu)造函數(shù)
privateSingleton(){
}
//提供了靜態(tài)方法，外部可以直接調(diào)用
publicstaticSingletongetInstance(){
returninstance;
}
}
下面模擬單例模式在多線程下會(huì)出現(xiàn)的問題
/**
*懶漢式單例類
*/
publicclassLazySingleton{
//為了易于模擬多線程下，懶漢式出現(xiàn)的問題，我們在創(chuàng)建實(shí)例的構(gòu)造函數(shù)里面使當(dāng)前線程暫停了50毫秒
privateLazySingleton(){
try{
Thread.sleep(50);
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}
System.out.println("生成LazySingleton實(shí)例一次!");
}
privatestaticLazySingletonlazyInstance=null;
publicstaticLazySingletongetLazyInstance(){
if(lazyInstance==null){
lazyInstance=newLazySingleton();
}
returnlazyInstance;
}
}
測試代碼：我們在測試代碼里面新建了10個(gè)線程，讓這10個(gè)線程同時(shí)調(diào)用LazySingleton.getLazyInstance()方法
publicclassSingletonTest{
publicstaticvoidmain(String[]args){
//創(chuàng)建十個(gè)線程調(diào)
for(inti=0;i<10;i++){
newThread(){
@Override
publicvoidrun(){
LazySingleton.getLazyInstance();
}
}.start();
}
}
}
結(jié)果：
生成LazySingleton實(shí)例一次!
生成LazySingleton實(shí)例一次!
生成LazySingleton實(shí)例一次!
生成LazySingleton實(shí)例一次!
生成LazySingleton實(shí)例一次!
生成LazySingleton實(shí)例一次!
生成LazySingleton實(shí)例一次!
生成LazySingleton實(shí)例一次!
生成LazySingleton實(shí)例一次!
生成LazySingleton實(shí)例一次!
可以看出單例模式懶漢式在多線程的并發(fā)下也會(huì)出現(xiàn)問題，
分析一下：多個(gè)線程同時(shí)訪問上面的懶漢式單例，現(xiàn)在有兩個(gè)線程A和B同時(shí)訪問LazySingleton.getLazyInstance()方法。
假設(shè)A先得到CPU的時(shí)間切片，A執(zhí)行到if(lazyInstance==null)時(shí)，由于lazyInstance之前并沒有實(shí)例化，所以lazyInstance==null為true,在還沒有執(zhí)行實(shí)例創(chuàng)建的時(shí)候
此時(shí)CPU將執(zhí)行時(shí)間分給了線程B，線程B執(zhí)行到if(lazyInstance==null)時(shí)，由于lazyInstance之前并沒有實(shí)例化，所以lazyInstance==null為true，線程B繼續(xù)往下執(zhí)行實(shí)例的創(chuàng)建過程，線程B創(chuàng)建完實(shí)例之后，返回。
此時(shí)CPU將時(shí)間切片分給線程A，線程A接著開始執(zhí)行實(shí)例的創(chuàng)建，實(shí)例創(chuàng)建完之后便返回。由此看線程A和線程B分別創(chuàng)建了一個(gè)實(shí)例(存在2個(gè)實(shí)例了)，這就導(dǎo)致了單例的失效。
解決辦法：我們可以在getLazyInstance方法上加上synchronized使其同步，但是這樣一來，會(huì)降低整個(gè)訪問的速度，而且每次都要判斷。
那么有沒有更好的方式來實(shí)現(xiàn)呢?我們可以考慮使用"雙重檢查加鎖"的方式來實(shí)現(xiàn)，就可以既實(shí)現(xiàn)線程安全，又能夠使性能不受到很大的影響。我們看看具體解決代碼
publicclassLazySingleton{
privateLazySingleton(){
try{
Thread.sleep(50);
}catch(InterruptedExceptione){
e.printStackTrace();
}
System.out.println("生成LazySingleton實(shí)例一次!");
}
privatestaticLazySingletonlazyInstance=null;
publicstaticLazySingletongetLazyInstance(){
//先檢查實(shí)例是否存在，如果不存在才進(jìn)入下面的同步塊
if(lazyInstance==null){
//同步塊，線程安全地創(chuàng)建實(shí)例
synchronized(LazySingleton.class){
//再次檢查實(shí)例是否存在，如果不存在才真正地創(chuàng)建實(shí)例
if(lazyInstance==null){
lazyInstance=newLazySingleton();
}
}
}
returnlazyInstance;
}
}
這樣我們就可以在多線程并發(fā)下安全應(yīng)用單例模式中的懶漢模式。這種方法在代碼上可能就不怎么美觀，我們可以優(yōu)雅的使用一個(gè)內(nèi)部類來維護(hù)單例類的實(shí)例，下面看看代碼
publicclassGracefulSingleton{
privateGracefulSingleton(){
System.out.println("創(chuàng)建GracefulSingleton實(shí)例一次!");
}
//類級的內(nèi)部類，也就是靜態(tài)的成員式內(nèi)部類，該內(nèi)部類的實(shí)例與外部類的實(shí)例沒有綁定關(guān)系，而且只有被調(diào)用到才會(huì)裝載，從而實(shí)現(xiàn)了延遲加載
privatestaticclassSingletonHoder{
//靜態(tài)初始化器，由JVM來保證線程安全
privatestaticGracefulSingletoninstance=newGracefulSingleton();
}
publicstaticGracefulSingletongetInstance(){
returnSingletonHoder.instance;
}
}
說一下我在實(shí)際開發(fā)中的場景：為了程序的高效率使用多線程并發(fā)，然而是循環(huán)調(diào)用，可能導(dǎo)致創(chuàng)建線程數(shù)過多，考慮采用線程池管理，這時(shí)候創(chuàng)建線程池仍然是處于循環(huán)調(diào)用中，也可能導(dǎo)致多個(gè)線程池，這時(shí)候就考慮使用單例模式。
源代碼：
publicclassThreadPoolFactoryUtil{
privateExecutorServiceexecutorService;
//在構(gòu)造函數(shù)中創(chuàng)建線程池
privateThreadPoolFactoryUtil(){
//獲取系統(tǒng)處理器個(gè)數(shù)，作為線程池?cái)?shù)量
intnThreads=Runtime.getRuntime().availableProcessors();
executorService=Executors.newFixedThreadPool(nThreads);
}
//定義一個(gè)靜態(tài)內(nèi)部類，內(nèi)部定義靜態(tài)成員創(chuàng)建外部類實(shí)例
privatestaticclassSingletonContainer{
privatestaticThreadPoolFactoryUtilutil=newThreadPoolFactoryUtil();
}
//獲取本類對象
publicstaticThreadPoolFactoryUtilgetUtil(){
returnSingletonContainer.util;
}
publicExecutorServicegetExecutorService(){
returnexecutorService;
}
}
涉及到一個(gè)靜態(tài)內(nèi)部類，我們看看靜態(tài)內(nèi)部類的特點(diǎn)：
1、靜態(tài)內(nèi)部類無需依賴于外部類，它可以獨(dú)立于外部對象而存在。
2、靜態(tài)內(nèi)部類，多個(gè)外部類的對象可以共享同一個(gè)內(nèi)部類的對象。
3、使用靜態(tài)內(nèi)部類的好處是加強(qiáng)了代碼的封裝性以及提高了代碼的可讀性。
4、普通內(nèi)部類不能聲明static的方法和變量，注意這里說的是變量，常量(也就是finalstatic修飾的屬性)還是可以的，而靜態(tài)內(nèi)部類形似外部類，沒有任何限制。可以直接被用外部類名+內(nèi)部類名獲得。
以上是我在實(shí)際開發(fā)中遇到的一些問題，部分摘自網(wǎng)上代碼，結(jié)合實(shí)開發(fā)際案例。如有不妥，希望大家及時(shí)指出!
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