【JavaEE初阶】饿汉模式与懒汉模式详解与实现

左手的ㄟ右手 2024-04-17 10:31 61阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  ?单例模式
 *  ?饿汉模式
 *  ?懒汉模式
 *   *  ?单线程版(线程不安全）
     *  ?多线程版
     *  ?多线程版(改进)
 *  ⭕总结

## ?单例模式 ##

单例模式是校招中最常考的设计模式之一.

那么啥是设计模式呢?

*  设计模式好比象棋中的 “棋谱”. 红方当头炮, 黑方马来跳. 针对红方的一些走法, 黑方应招的时候有一些固定的套路. 按照套路来走局势就不会吃亏.
 *  软件开发中也有很多常见的 “问题场景”. 针对这些问题场景, 大佬们总结出了一些固定的套路. 按照这个套路来实现代码, 也不会吃亏.

那么什么是单例模式呢？

*  单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。
 *  这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。
 *  单例模式是一种创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供了一个全局访问点来访问该实例。

注意：

1.  单例类只能有一个实例。
2.  单例类必须自己创建自己的唯一实例。
3.  单例类必须给所有其他对象提供这一实例

单例模式具体的实现方式, 又分成 “饿汉” 和 “懒汉” 两种

## ?饿汉模式 ##

饿汉模式，就是它很饿，它的对象早早的就创建好了

这种方式比较常用，但容易产生垃圾对象。

类加载的同时, 创建实例

代码实现如下：

class Singleton {
        
        //创建新实例，static修饰，只创建一次
        private static Singleton instance = new Singleton();
        //构造方法进行封装，不能创建新实例
        private Singleton() {
        }
        //唯一实例的获取方法
        public static Singleton getInstance() {
        
            return instance;
        }
    }

*  ***优点***：没有加锁，执行效率会提高。
 *  ***缺点***：类加载时就初始化，浪费内存。

## ?懒汉模式 ##

懒汉模式，顾名思义就是懒，没有对象需要调用它的时候不去实例化，有人来向它要对象的时候再实例化对象

### ?单线程版(线程不安全） ###

这种方式是最基本的实现方式，这种实现最大的问题就是不支持多线程。

因为没有加锁synchronized，所以严格意义上它并不算单例模式

代码实现如下：

class Singleton {
        
        private static Singleton instance = null;
        private Singleton() {
        }
        public static Singleton getInstance() {
        
            //需要用到时进行创建
            if (instance == null) {
        
                instance = new Singleton();
            }
            return instance;
        }
    }

上面的懒汉模式的实现是线程不安全的.

*  线程安全问题发生在首次创建实例时. 如果在多个线程中同时调用 getInstance 方法, 就可能导致  
    创建出多个实例.

但是一旦实例已经创建好了, 后面再多线程环境调用 getInstance 就不再有线程安全问题了(不再修改instance 了)

### ?多线程版 ###

所以我们对上述代码进行了优化

我们可以加上 synchronized 可以改善这里的线程安全问题.

优化代码如下：

class Singleton {
        
    	private static Singleton instance = null;
    	private Singleton() {
        }
    	public synchronized static Singleton getInstance() {
        
    		if (instance == null) {
        
    			instance = new Singleton();
    		}
    		return instance;
    	}
    }

*  ***优点***：第一次调用才初始化，避免内存浪费。
 *  ***缺点***：必须加锁 synchronized 才能保证单例，但加锁会影响效率

该版的懒汉模式还存在一个问题，就是内存可见性的问题，不知道内存可见性的宝子可以去看看博主写的[【JavaEE初阶】 volatile关键字 与 wait()方法和notify()方法详解][JavaEE_ volatile_ _ wait_notify]里面对volati关键字部分的讲解

### ?多线程版(改进) ###

所以我们针对上述多线程版的懒汉模式进行了改进

以下代码在加锁的基础上, 做出了进一步改动:

*  使用双重 if 判定, 降低锁竞争的频率.
 *  给 instance 加上了 volatile.

代码实现如下：

class Singleton {
        
        private static volatile Singleton instance = null;
        private Singleton() {
        }
        public static Singleton getInstance() {
        
            //需要用到时进行创建
            if(instance == null) {
        
                synchronized (Singleton.class) {
        
                    if (instance == null) {
        
                        instance = new Singleton();
                    }
                }
            }
            return instance;
        }
    }

***那么双重 if 判定 / volatile是怎么达到这样的效果的呢？***

*  加锁 / 解锁是一件开销比较高的事情. 而懒汉模式的线程不安全只是发生在首次创建实例的时候.
 *  因此后续使用的时候, 不必再进行加锁了.
 *  外层的 if 就是判定下看当前是否已经把 instance 实例创建出来了.
 *  同时为了避免 “内存可见性” 导致读取的 instance 出现偏差, 于是补充上 volatile .
 *  当多线程首次调用 getInstance, 大家可能都发现 instance 为 null, 于是又继续往下执行来竞争锁,其中竞争成功的线程, 再完成创建实例的操作.
 *  当这个实例创建完了之后, 其他竞争到锁的线程就被里层 if 挡住了. 也就不会继续创建其他实例.

比如一下实例：

1.  有三个线程, 开始执行 getInstance , 通过外层的 if (instance == null) 知道了实例还没有创建的消息. 于是开始竞争同一把锁

> 就像有三个好哥们都在追校花![在这里插入图片描述][7165b81b3cd44296b54a026126e40351.png]

1.  其中线程1 率先获取到锁, 此时线程1 通过里层的 if (instance == null) 进一步确认实例是否已经创建. 如果没创建, 就把这个实例创建出来.

> 其中有个哥们就对校花说：你有男朋友吗？如果没有我做你男朋友吧，这时候其他哥们是在门口等待里面情况的  
> ![在这里插入图片描述][13da8f5198e14c4bb615e54486f924ef.png]

1.  当线程1 释放锁之后, 线程2 和 线程3 也拿到锁, 也通过里层的 if (instance == null) 来确认实例是否已经创建, 发现实例已经创建出来了, 就不再创建了

> 校花答应了第一个哥们后，那哥们就走了  
> 这时候另外一个哥们又来问：能做你男票不？  
> 校花此时就说：我已经有男朋友了  
> 此时这个哥们就不能成为校花的男朋友了  
> ![在这里插入图片描述][7718a8f24e76478b97d6e5d67b214653.png]

1.  后续的线程, 不必加锁, 直接就通过外层 if (instance == null) 就知道实例已经创建了, 从而不再尝试获取锁了. 降低了开销

> 那哥们出去后就和追求校花的人说，校花已经有男盆友了  
> 这时候等待的人听见这个消息就不会再进去询问了  
> ![在这里插入图片描述][035c1206c7984dee9ec985ec06e07031.png]

## ⭕总结 ##

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[JavaEE_ volatile_ _ wait_notify]: https://blog.csdn.net/m0_71731682/article/details/133813316?spm=1001.2014.3001.5501
[7165b81b3cd44296b54a026126e40351.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/14/050eab216c9049dcad3a5403660cf32c.png
[13da8f5198e14c4bb615e54486f924ef.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/14/eb5a795fe2904008afd066acda77eb0f.png
[7718a8f24e76478b97d6e5d67b214653.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/14/fced6b7d75424704b719e23b9f71b919.png
[035c1206c7984dee9ec985ec06e07031.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/14/8e8072b24b564030a21e9ae3402b0c81.png