模板网站的优缺点,响应式网站高度如何计算,wordpress手机端底部导航,做健身推广网站设计模式#xff08;Design Pattern#xff09;#xff1a;是一套被反复使用#xff0c;多数人知晓的#xff0c;经过分类编目的#xff0c;代码设计经验的总结。
目的#xff1a;使用设计模式是为了可重用性代码#xff0c;让代码更容易被他人理解#xff0c;保证代…设计模式Design Pattern是一套被反复使用多数人知晓的经过分类编目的代码设计经验的总结。
目的使用设计模式是为了可重用性代码让代码更容易被他人理解保证代码可靠性。
本文将会用到的关键词
单例Singleton
实例instance
同步synchronized
类装载器ClassLoader
单例模式
单例顾名思义就是只能有一个、不能再出现第二个。就如同地球上没有两片一模一样的树叶一样。
在这里就是说一个类只能有一个实例并且整个项目系统都能访问该实例。
单例模式共分为两大类
懒汉模式实例在第一次使用时创建
饿汉模式实例在类装载时创建
单例模式UML图 饿汉模式
按照定义我们可以写出一个基本代码
public class Singleton {
// 使用private将构造方法私有化以防外界通过该构造方法创建多个实例
private Singleton() {
}
// 由于不能使用构造方法创建实例所以需要在类的内部创建该类的唯一实例
// 使用static修饰singleton 在外界可以通过类名调用该实例 类名.成员名
static Singleton singleton new Singleton(); // 1
// 如果使用private封装该实例则需要添加get方法实现对外界的开放
private static Singleton instance new Singleton();// 2
// 添加static将该方法变成类所有 通过类名访问
public static Singleton getInstance(){
return instance;
}
//1和2选一种即可推荐2
}
对于饿汉模式来说这种写法已经很‘perfect’了唯一的缺点就是由于instance的初始化是在类加载时进行的类加载是由ClassLoader来实现的如果初始化太早就会造成资源浪费。
当然如果所需的单例占用的资源很少并且也不依赖于其他数据那么这种实现方式也是很好的。
类装载的时机
new一个对象时
使用反射创建它的实例时
子类被加载时如果父类还没有加载就先加载父类
JVM启动时执行主类 会先被加载
懒汉模式
懒汉模式的代码如下
// 代码一
public class Singleton {
private static Singleton instance null;
private Singleton(){
}
public static Singleton getInstance() {
if (instance null) {
instance new Singleton();
}
return instance;
}
}
每次获取instance之前先进行判断如果instance为空就new一个出来否则就直接返回已存在的instance。
这种写法在单线程的时候是没问题的。但是当有多个线程一起工作的时候如果有两个线程同时运行到 if (instance null)都判断为null第一个线程判断为空之后并没有继续向下执行当第二个线程判断的时候instance依然为空最终两个线程就各自会创建一个实例出来。这样就破环了单例模式 实例的唯一性要想保证实例的唯一性就需要使用synchronized加上一个同步锁
// 代码二
public class Singleton {
private static Singleton instance null;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
synchronized(Singleton.class){
if (instance null)
instance new Singleton();
}
return instance;
}
}
加上synchronized关键字之后getInstance方法就会锁上了。如果有两个线程T1、T2同时执行到这个方法时会有其中一个线程T1获得同步锁得以继续执行而另一个线程T2则需要等待当第T1执行完毕getInstance之后完成了null判断、对象创建、获得返回值之后T2线程才会执行执行。
所以这段代码也就避免了代码一中可能出现因为多线程导致多个实例的情况。但是这种写法也有一个问题给getInstance方法加锁虽然避免了可能会出现的多个实例问题但是会强制除T1之外的所有线程等待实际上会对程序的执行效率造成负面影响。
双重检查Double-Check
代码二相对于代码一的效率问题其实是为了解决1%几率的问题而使用了一个100%出现的防护盾。那有一个优化的思路就是把100%出现的防护盾也改为1%的几率出现使之只出现在可能会导致多个实例出现的地方。
代码如下
// 代码三
public class Singleton {
private static Singleton instance null;
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance() {
if (instance null){
synchronized(Singleton.class){
if (instance null)
instance new Singleton();
}
}
return instance;
}
}
这段代码看起来有点复杂注意其中有两次if(instancenull)的判断这个叫做『双重检查 Double-Check』。
第一个 if(instancenull)其实是为了解决代码二中的效率问题只有instance为null的时候才进入synchronized的代码段大大减少了几率。
第二个if(instancenull)则是跟代码二一样是为了防止可能出现多个实例的情况。
这段代码看起来已经完美无瑕了。当然只是『看起来』还是有小概率出现问题的。想要充分理解需要先弄清楚以下几个概念原子操作、指令重排。
原子操作
简单来说原子操作atomic就是不可分割的操作在计算机中就是指不会因为线程调度被打断的操作。比如简单的赋值是一个原子操作
m 6; // 这是个原子操作
假如m原先的值为0那么对于这个操作要么执行成功m变成了6要么是没执行 m还是0而不会出现诸如m3这种中间态——即使是在并发的线程中。
但是声明并赋值就不是一个原子操作
int n6;//这不是一个原子操作
对于这个语句至少有两个操作①声明一个变量n ②给n赋值为6——这样就会有一个中间状态变量n已经被声明了但是还没有被赋值的状态。这样在多线程中由于线程执行顺序的不确定性如果两个线程都使用m就可能会导致不稳定的结果出现。
指令重排
简单来说就是计算机为了提高执行效率会做的一些优化在不影响最终结果的情况下可能会对一些语句的执行顺序进行调整。比如这一段代码
int a ; // 语句1
a 8 ; // 语句2
int b 9 ; // 语句3
int c a b ; // 语句4
正常来说对于顺序结构执行的顺序是自上到下也即1234。但是由于指令重排
的原因因为不影响最终的结果所以实际执行的顺序可能会变成3124或者1324。
由于语句3和4没有原子性的问题语句3和语句4也可能会拆分成原子操作再重排。——也就是说对于非原子性的操作在不影响最终结果的情况下其拆分成的原子操作可能会被重新排列执行顺序。
OK了解了原子操作和指令重排的概念之后我们再继续看代码三的问题。
主要在于singleton new Singleton()这句这并非是一个原子操作事实上在 JVM 中这句话大概做了下面 3 件事情。
1. 给 singleton 分配内存
2. 调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量形成实例
3. 将singleton对象指向分配的内存空间执行完这步 singleton才是非 null了
在JVM的即时编译器中存在指令重排序的优化。
也就是说上面的第二步和第三步的顺序是不能保证的最终的执行顺序可能是 1-2-3 也可能是 1-3-2。如果是后者则在 3 执行完毕、2 未执行之前被线程二抢占了这时 instance 已经是非 null 了但却没有初始化所以线程二会直接返回 instance然后使用然后顺理成章地报错。
再稍微解释一下就是说由于有一个『instance已经不为null但是仍没有完成初始化』的中间状态而这个时候如果有其他线程刚好运行到第一层if (instance null)这里这里读取到的instance已经不为null了所以就直接把这个中间状态的instance拿去用了就会产生问题。这里的关键在于线程T1对instance的写操作没有完成线程T2就执行了读操作。
对于代码三出现的问题解决方案为给instance的声明加上volatile关键字
代码如下
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;
}
}
volatile关键字的一个作用是禁止指令重排把instance声明为volatile之后对它的写操作就会有一个内存屏障这样在它的赋值完成之前就不用会调用读操作。
注意volatile阻止的不是singleton new Singleton()这句话内部[1-2-3]的指令重排而是保证了在一个写操作[1-2-3]完成之前不会调用读操作if (instance null)。
其它方法
静态内部类
public class Singleton { private static class SingletonHolder { private static final Singleton INSTANCE new Singleton();
} private Singleton (){} public static final Singleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
这种写法的巧妙之处在于对于内部类SingletonHolder它是一个饿汉式的单例实现在SingletonHolder初始化的时候会由ClassLoader来保证同步使INSTANCE是一个真单例。
同时由于SingletonHolder是一个内部类只在外部类的Singleton的getInstance()中被使用所以它被加载的时机也就是在getInstance()方法第一次被调用的时候。
它利用了ClassLoader来保证了同步同时又能让开发者控制类加载的时机。从内部看是一个饿汉式的单例但是从外部看来又的确是懒汉式的实现
枚举
public enum SingleInstance {
INSTANCE; public void fun1() { // do something
}
}
// 使用SingleInstance.INSTANCE.fun1();
是不是很简单而且因为自动序列化机制保证了线程的绝对安全。三个词概括该方式简单、高效、安全
这种写法在功能上与共有域方法相近但是它更简洁无偿地提供了序列化机制绝对防止对此实例化即使是在面对复杂的序列化或者反射攻击的时候。虽然这中方法还没有广泛采用但是单元素的枚举类型已经成为实现Singleton的最佳方法。 为了让学习变得轻松、高效今天给大家免费分享一套Java教学资源。帮助大家在成为Java架构师的道路上披荆斩棘。需要资料的欢迎加入学习交流群928505736
