設計模式之單例模式(二)

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上一篇我們對經典的單例模式進行了學習,並且知道了單例模式的概念,以及如何通過單線程去創建一個有效的單例模式,讓程式不用多次去創建實例。 但是,通過巧克力工廠的實踐,我們很想知道在多線程模式下,這個到底會是什麼情況呢?所以,就有了我們繼續學習的目標啦。原來單例模式,不簡單呀。 多線程的麻煩 首先,我們 ...


上一篇我們對經典的單例模式進行了學習,並且知道了單例模式的概念,以及如何通過單線程去創建一個有效的單例模式,讓程式不用多次去創建實例。

但是,通過巧克力工廠的實踐,我們很想知道在多線程模式下,這個到底會是什麼情況呢?所以,就有了我們繼續學習的目標啦。原來單例模式,不簡單呀。

多線程的麻煩

首先,我們還是看下巧克力工廠經典單例的代碼:原本在單線程模式下,運行的還是挺好的,工廠里那些小心翼翼的代碼都可以去掉了;但是忽然用了多線程,發現還是創建了多個實例,當工廠很鬱悶。

public static ChocolateBoiler getInstance() {
    if (uniqueInstance == null) {
        uniqueInstance = new ChocolateBoiler(;)
    }
    return uniqueInstance;
}

仔細查看代碼,你知道為什麼了嗎?這裡有兩個線程都要執行這段代碼,那麼Java的JVM在進入代碼的時候肯定會有先後順序,有沒有可能是JVM攪亂了代碼,讓getInstance()方法內部出了問題呢?對的,就是這樣。請看下圖:

當在多線程環境下,線程1和線程2都進入了getInstance方法,那麼,此時通過判斷null的方式來,勢必在JVM內部,發生了交叉的事情,然後,然後你的工廠就創建了兩個實例,挺悲劇的。

處理多線程

熟悉Java的朋友都知道,最輕易地解決這個多線程的方法就是把getInstantce()變成synchronized方法,比如:

public static synchronized Singleton getInstance() {
    if(uniqueInstance == null) {
        uniqueInstance = new Singleton();
    }
    return uniqueInstance;
}

通過增加synchronized關鍵字到getInstance()方法中,每個線程在進入這個方法之前,需要先等候別的線程離開該方法,也就是說,不會有兩個線程可以同時進入這個方法。

但是,問題來了:我們其實只有第一次執行此方法時,才真正需要同步。換句話說,一旦設置好uniqueInstance變數,就不需要同步這個方法了。之後每次調用這個方法,如果還是同步進行的話,給資源造成了很大的浪費,也是一種累贅。

能改善多線程嗎?

為了符合大多數Java應用程式、我們還是需要確保單例模式能在多線程的情況下正常工作的。但是同步的getInstance()的做法將拖垮性能,該怎麼辦呢?

  1. 如果getInstance()的性能對應用程式不是很關鍵,就什麼都別做

沒錯,如果你的應用程式可以接受getInstance()造成的額外負擔,就忽略了吧。同步getInstance()的方法既簡單又有效。但是你必須知道,同步一個方法可能造成程式執行效率下降100倍。所以,還是得好好考慮應用場景哦。

  1. 使用“急切”創建實例,而不用延遲實例化的做法

如果應用程式總是創建並使用單例實例,或者在創建和運行時方面的負擔不太繁重,你可能想要急切(eagerly)創建此單例,比如:

public class Singleton {
    // 在靜態初始化中創建單例,這段代碼保證了線程安全
    private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();
    
    private Singltton() {}
    
    public static Singleton getInstance() {
        return uniqueInstance;
    }
}

利用這個做法,我們依賴JVM在載入這個類時馬上創建此唯一的單例實例。JVM保證在任何線程訪問uniqueInstance靜態變數之前,一定先創建。哈哈,有沒有,這就是餓漢式。

  1. 用雙重檢查加鎖,在getInstance()中減少使用同步

利用雙重檢查加鎖(double-checked locking),首先檢查是否實例已經創建了,如果尚未創建,才進行同步。這樣 依賴,只有第一次會同步,這正是我們想要的。

public class Singleton {
    private volatile static Singleton uniqueInstance;
    
    private Singleton() {}
    
    public static Singleton getInstance() {
    // 檢查實例,如果不存在,就進入同步區塊,只有第一次才徹底執行這裡的代碼
        if (uniqueInstance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
    // 進去區塊後,再檢查一次,如果仍是null,才創建實例
                if (uniqueInstance == null) {
                    uniqueInstance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

volatile關鍵詞確保:當uniqueInstance變數被初始化成Singleton實例時,多個線程正確地處理uniqueInstance變數。

因為單例模式大家用的比較多,而且思路也比較清晰了,那我就在這裡把這章總結也一併附上了。

設計箱內的工具

還是按照之前的套路,總結下工具箱內新增的工具吧

  • OO基礎

    抽象、封裝、繼承、多態

  • OO原則

    封裝變化

    多用組合,少用繼承

    針對介面編程,不針對實現編程

    為交互對象之間的松耦合設計而努力

    依賴抽象,不要依賴具體類

    類應該對擴展開放,對修改關閉

  • OO模式

    『策略模式』、『觀察者模式』、『裝飾者模式』、『抽象工廠模式』、『工廠方法模式』

    單例模式』確保一個類只有一個實例,並提供全局訪問點

好的,很開心有沒有,又學會了一個設計模式,還是我們經常使用的設計模式之一。下一次,我們將學習命令模式,和大家不見不散。

愛生活,愛學習,愛感悟,愛挨踢


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