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研磨设计模式之单例模式-3

發(fā)布時間：2025/7/14 asp.net 20 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了研磨设计模式之单例模式-3 小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個參考.

3.3? 延遲加載的思想

??????? 單例模式的懶漢式實現(xiàn)方式體現(xiàn)了延遲加載的思想，什么是延遲加載呢？
??????? 通俗點說，就是一開始不要加載資源或者數(shù)據(jù)，一直等，等到馬上就要使用這個資源或者數(shù)據(jù)了，躲不過去了才加載，所以也稱Lazy Load，不是懶惰啊，是“延遲加載”，這在實際開發(fā)中是一種很常見的思想，盡可能的節(jié)約資源。
??????? 體現(xiàn)在什么地方呢？看如下代碼：

?

3.4? 緩存的思想

??????? 單例模式的懶漢式實現(xiàn)還體現(xiàn)了緩存的思想，緩存也是實際開發(fā)中非常常見的功能。
??????? 簡單講就是，如果某些資源或者數(shù)據(jù)會被頻繁的使用，而這些資源或數(shù)據(jù)存儲在系統(tǒng)外部，比如數(shù)據(jù)庫、硬盤文件等，那么每次操作這些數(shù)據(jù)的時候都從數(shù)據(jù)庫或者硬盤上去獲取，速度會很慢，會造成性能問題。
??????? 一個簡單的解決方法就是：把這些數(shù)據(jù)緩存到內(nèi)存里面，每次操作的時候，先到內(nèi)存里面找，看有沒有這些數(shù)據(jù)，如果有，那么就直接使用，如果沒有那么就獲取它，并設(shè)置到緩存中，下一次訪問的時候就可以直接從內(nèi)存中獲取了。從而節(jié)省大量的時間，當(dāng)然，緩存是一種典型的空間換時間的方案。
??????? 緩存在單例模式的實現(xiàn)中怎么體現(xiàn)的呢？

?3.5? Java中緩存的基本實現(xiàn)

??????? 引申一下，看看在Java開發(fā)中的緩存的基本實現(xiàn)，在Java中最常見的一種實現(xiàn)緩存的方式就是使用Map，基本的步驟是：

先到緩存里面查找，看看是否存在需要使用的數(shù)據(jù)
如果沒有找到，那么就創(chuàng)建一個滿足要求的數(shù)據(jù)，然后把這個數(shù)據(jù)設(shè)置回到緩存中，以備下次使用
如果找到了相應(yīng)的數(shù)據(jù)，或者是創(chuàng)建了相應(yīng)的數(shù)據(jù)，那就直接使用這個數(shù)據(jù)。

?還是看看示例吧，示例代碼如下：

/*** Java中緩存的基本實現(xiàn)示例*/ public class JavaCache {/*** 緩存數(shù)據(jù)的容器，定義成Map是方便訪問，直接根據(jù)Key就可以獲取Value了* key選用String是為了簡單，方便演示*/private Map<String,Object> map = new HashMap<String,Object>();/*** 從緩存中獲取值* @param key 設(shè)置時候的key值* @return key對應(yīng)的Value值*/public Object getValue(String key){//先從緩存里面取值Object obj = map.get(key);//判斷緩存里面是否有值if(obj == null){//如果沒有，那么就去獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，比如讀取數(shù)據(jù)庫或者文件//這里只是演示，所以直接寫個假的值obj = key+",value";//把獲取的值設(shè)置回到緩存里面map.put(key, obj);}//如果有值了，就直接返回使用return obj;} }

??????? 這里只是緩存的基本實現(xiàn)，還有很多功能都沒有考慮，比如緩存的清除，緩存的同步等等。當(dāng)然，Java的緩存還有很多實現(xiàn)方式，也是非常復(fù)雜的，現(xiàn)在有很多專業(yè)的緩存框架，更多緩存的知識，這里就不再去討論了。

3.6? 利用緩存來實現(xiàn)單例模式

??????? 其實應(yīng)用Java緩存的知識，也可以變相實現(xiàn)Singleton模式，算是一個模擬實現(xiàn)吧。每次都先從緩存中取值，只要創(chuàng)建一次對象實例過后，就設(shè)置了緩存的值，那么下次就不用再創(chuàng)建了。
??????? 雖然不是很標(biāo)準(zhǔn)的做法，但是同樣可以實現(xiàn)單例模式的功能，為了簡單，先不去考慮多線程的問題，示例代碼如下：

/*** 使用緩存來模擬實現(xiàn)單例*/ public class Singleton {/*** 定義一個缺省的key值，用來標(biāo)識在緩存中的存放*/private final static String DEFAULT_KEY = "One";/*** 緩存實例的容器*/private static Map<String,Singleton> map = new HashMap<String,Singleton>();/*** 私有化構(gòu)造方法*/private Singleton(){//}public static Singleton getInstance(){//先從緩存中獲取Singleton instance = (Singleton)map.get(DEFAULT_KEY);//如果沒有，就新建一個，然后設(shè)置回緩存中if(instance==null){instance = new Singleton();map.put(DEFAULT_KEY, instance);}//如果有就直接使用return instance;} }

??????? 是不是也能實現(xiàn)單例所要求的功能呢？其實實現(xiàn)模式的方式有很多種，并不是只有模式的參考實現(xiàn)所實現(xiàn)的方式，上面這種也能實現(xiàn)單例所要求的功能，只不過實現(xiàn)比較麻煩，不是太好而已，但在后面擴展單例模式的時候會有用。
??????? 另外，模式是經(jīng)驗的積累，模式的參考實現(xiàn)并不一定是最優(yōu)的，對于單例模式，后面會給大家一些更好的實現(xiàn)方式。

3.7? 單例模式的優(yōu)缺點

1：時間和空間
??????? 比較上面兩種寫法：懶漢式是典型的時間換空間，也就是每次獲取實例都會進(jìn)行判斷，看是否需要創(chuàng)建實例，費判斷的時間，當(dāng)然，如果一直沒有人使用的話，那就不會創(chuàng)建實例，節(jié)約內(nèi)存空間。
??????? 餓漢式是典型的空間換時間，當(dāng)類裝載的時候就會創(chuàng)建類實例，不管你用不用，先創(chuàng)建出來，然后每次調(diào)用的時候，就不需要再判斷了，節(jié)省了運行時間。

2：線程安全
（1）從線程安全性上講，不加同步的懶漢式是線程不安全的，比如說：有兩個線程，一個是線程A，一個是線程B，它們同時調(diào)用getInstance方法，那就可能導(dǎo)致并發(fā)問題。如下示例：

?程序繼續(xù)運行，兩個線程都向前走了一步，如下：

可能有些朋友會覺得文字描述還是不夠直觀，再來畫個圖說明一下，如圖4所示：

?????????????????????????????????????????????????????? 圖4? 懶漢式單例的線程問題示意圖

??????? 通過圖4的分解描述，明顯可以看出，當(dāng)A、B線程并發(fā)的情況下，會創(chuàng)建出兩個實例來，也就是單例的控制在并發(fā)情況下失效了。

（2）餓漢式是線程安全的，因為虛擬機保證了只會裝載一次，在裝載類的時候是不會發(fā)生并發(fā)的。

（3）如何實現(xiàn)懶漢式的線程安全呢？
??????? 當(dāng)然懶漢式也是可以實現(xiàn)線程安全的，只要加上synchronized即可，如下：

public static synchronized Singleton getInstance(){}

???????? 但是這樣一來，會降低整個訪問的速度，而且每次都要判斷，也確實是稍微慢點。那么有沒有更好的方式來實現(xiàn)呢？

（4）雙重檢查加鎖
??????? 可以使用“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大的影響。那么什么是“雙重檢查加鎖”機制呢？
??????? 所謂雙重檢查加鎖機制，指的是：并不是每次進(jìn)入getInstance方法都需要同步，而是先不同步，進(jìn)入方法過后，先檢查實例是否存在，如果不存在才進(jìn)入下面的同步塊，這是第一重檢查。進(jìn)入同步塊過后，再次檢查實例是否存在，如果不存在，就在同步的情況下創(chuàng)建一個實例，這是第二重檢查。這樣一來，就只需要同步一次了，從而減少了多次在同步情況下進(jìn)行判斷所浪費的時間。
??????? 雙重檢查加鎖機制的實現(xiàn)會使用一個關(guān)鍵字volatile，它的意思是：被volatile修飾的變量的值，將不會被本地線程緩存，所有對該變量的讀寫都是直接操作共享內(nèi)存,從而確保多個線程能正確的處理該變量。
??????? 注意:在Java1.4及以前版本中，很多JVM對于volatile關(guān)鍵字的實現(xiàn)有問題，會導(dǎo)致雙重檢查加鎖的失敗，因此雙重檢查加鎖的機制只能用在Java5及以上的版本。
??????? 看看代碼可能會更清楚些，示例代碼如下：

public class Singleton {/*** 對保存實例的變量添加volatile的修飾*/private volatile static Singleton instance = null;private Singleton(){ }public static Singleton getInstance(){//先檢查實例是否存在，如果不存在才進(jìn)入下面的同步塊if(instance == null){//同步塊，線程安全的創(chuàng)建實例synchronized(Singleton.class){//再次檢查實例是否存在，如果不存在才真的創(chuàng)建實例if(instance == null){instance = new Singleton();}}}return instance;} } ??

???????? 這種實現(xiàn)方式既可使實現(xiàn)線程安全的創(chuàng)建實例，又不會對性能造成太大的影響，它只是在第一次創(chuàng)建實例的時候同步，以后就不需要同步了，從而加快運行速度。
???????? 提示：由于volatile關(guān)鍵字可能會屏蔽掉虛擬機中一些必要的代碼優(yōu)化，所以運行效率并不是很高，因此一般建議，沒有特別的需要，不要使用。也就是說，雖然可以使用雙重加鎖機制來實現(xiàn)線程安全的單例，但并不建議大量采用，根據(jù)情況來選用吧。

未完待續(xù)

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