JAVA多線程并發(fā)下的單例模式應用
單例模式應該是設計模式中比較簡單的一個,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我在開發(fā)過程中遇到的單例模式的應用。
首先我們先來看一下單例模式的定義:
一個類有且僅有一個實例,并且自行實例化向整個系統(tǒng)提供。
單例模式的要素:
1.私有的靜態(tài)的實例對象
2.私有的構造函數(shù)(保證在該類外部,無法通過new的方式來創(chuàng)建對象實例)
3.公有的、靜態(tài)的、訪問該實例對象的方法
單例模式分為懶漢形和餓漢式
懶漢式:
應用剛啟動的時候,并不創(chuàng)建實例,當外部調(diào)用該類的實例或者該類實例方法的時候,才創(chuàng)建該類的實例。(時間換空間)
優(yōu)點:實例在被使用的時候才被創(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:由于系統(tǒng)剛啟動時且未被外部調(diào)用時,實例沒有創(chuàng)建;如果一時間有多個線程同時調(diào)用LazySingleton.getLazyInstance()方法很有可能會產(chǎn)生多個實例。
例子:
publicclassSingletonClass{ //私有構造函數(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:
應用剛啟動的時候,不管外部有沒有調(diào)用該類的實例方法,該類的實例就已經(jīng)創(chuàng)建好了。(空間換時間。)
優(yōu)點:寫法簡單,在多線程下也能保證單例實例的唯一性,不用同步,運行效率高。
缺點:在外部沒有使用到該類的時候,該類的實例就創(chuàng)建了,若該類實例的創(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)部定義自己的一個實例,只供內(nèi)部調(diào)用 privatestaticfinalSingletoninstance=newSingleton(); //私有構造函數(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)建實例的構造函數(shù)里面使當前線程暫停了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個線程,讓這10個線程同時調(diào)用LazySingleton.getLazyInstance()方法
publicclassSingletonTest{ publicstaticvoidmain(String[]args){ //創(chuàng)建十個線程調(diào) for(inti=0;i<10;i++){ newThread(){ @Override publicvoidrun(){ LazySingleton.getLazyInstance(); } }.start(); } } }
結(jié)果:
生成LazySingleton實例一次!
生成LazySingleton實例一次!
生成LazySingleton實例一次!
生成LazySingleton實例一次!
生成LazySingleton實例一次!
生成LazySingleton實例一次!
生成LazySingleton實例一次!
生成LazySingleton實例一次!
生成LazySingleton實例一次!
生成LazySingleton實例一次!
可以看出單例模式懶漢式在多線程的并發(fā)下也會出現(xiàn)問題,
分析一下:多個線程同時訪問上面的懶漢式單例,現(xiàn)在有兩個線程A和B同時訪問LazySingleton.getLazyInstance()方法。
假設A先得到CPU的時間切片,A執(zhí)行到if(lazyInstance==null)時,由于lazyInstance之前并沒有實例化,所以lazyInstance==null為true,在還沒有執(zhí)行實例創(chuàng)建的時候
此時CPU將執(zhí)行時間分給了線程B,線程B執(zhí)行到if(lazyInstance==null)時,由于lazyInstance之前并沒有實例化,所以lazyInstance==null為true,線程B繼續(xù)往下執(zhí)行實例的創(chuàng)建過程,線程B創(chuàng)建完實例之后,返回。
此時CPU將時間切片分給線程A,線程A接著開始執(zhí)行實例的創(chuàng)建,實例創(chuàng)建完之后便返回。由此看線程A和線程B分別創(chuàng)建了一個實例(存在2個實例了),這就導致了單例的失效。
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,會降低整個訪問的速度,而且每次都要判斷。
那么有沒有更好的方式來實現(xiàn)呢?我們可以考慮使用"雙重檢查加鎖"的方式來實現(xiàn),就可以既實現(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實例一次!"); } privatestaticLazySingletonlazyInstance=null; publicstaticLazySingletongetLazyInstance(){ //先檢查實例是否存在,如果不存在才進入下面的同步塊 if(lazyInstance==null){ //同步塊,線程安全地創(chuàng)建實例 synchronized(LazySingleton.class){ //再次檢查實例是否存在,如果不存在才真正地創(chuàng)建實例 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)雅的使用一個內(nèi)部類來維護單例類的實例,下面看看代碼
publicclassGracefulSingleton{ privateGracefulSingleton(){ System.out.println("創(chuàng)建GracefulSingleton實例一次!"); } //類級的內(nèi)部類,也就是靜態(tài)的成員式內(nèi)部類,該內(nèi)部類的實例與外部類的實例沒有綁定關系,而且只有被調(diào)用到才會裝載,從而實現(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,可能導致創(chuàng)建線程數(shù)過多,考慮采用線程池管理,這時候創(chuàng)建線程池仍然是處于循環(huán)調(diào)用中,也可能導致多個線程池,這時候就考慮使用單例模式。
源代碼:
publicclassThreadPoolFactoryUtil{ privateExecutorServiceexecutorService; //在構造函數(shù)中創(chuàng)建線程池 privateThreadPoolFactoryUtil(){ //獲取系統(tǒng)處理器個數(shù),作為線程池數(shù)量 intnThreads=Runtime.getRuntime().availableProcessors(); executorService=Executors.newFixedThreadPool(nThreads); } //定義一個靜態(tài)內(nèi)部類,內(nèi)部定義靜態(tài)成員創(chuàng)建外部類實例 privatestaticclassSingletonContainer{ privatestaticThreadPoolFactoryUtilutil=newThreadPoolFactoryUtil(); } //獲取本類對象 publicstaticThreadPoolFactoryUtilgetUtil(){ returnSingletonContainer.util; } publicExecutorServicegetExecutorService(){ returnexecutorService; } }
涉及到一個靜態(tài)內(nèi)部類,我們看看靜態(tài)內(nèi)部類的特點:
1、靜態(tài)內(nèi)部類無需依賴于外部類,它可以獨立于外部對象而存在。
2、靜態(tài)內(nèi)部類,多個外部類的對象可以共享同一個內(nèi)部類的對象。
3、使用靜態(tài)內(nèi)部類的好處是加強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??梢灾苯颖挥猛獠款惷?內(nèi)部類名獲得。
以上是我在實際開發(fā)中遇到的一些問題,部分摘自網(wǎng)上代碼,結(jié)合實開發(fā)際案例。如有不妥,希望大家及時指出!
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