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研磨设计模式之 单例模式-4

We911
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发布于 2017/02/08 10:14
字数 2389
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研磨设计模式之 单例模式-4

3.8  在Java中一种更好的单例实现方式

        根据上面的分析,常见的两种单例实现方式都存在小小的缺陷,那么有没有一种方案,既能够实现延迟加载,又能够实现线程安全呢?
        还真有高人想到这样的解决方案了,这个解决方案被称为Lazy initialization holder class模式,这个模式综合使用了Java的类级内部类和多线程缺省同步锁的知识,很巧妙的同时实现了延迟加载和线程安全。
1:先来看点相应的基础知识
        先简单的看看类级内部类相关的知识。

  • 什么是类级内部类?
        简单点说,类级内部类指的是:有static修饰的成员式内部类。如果没有static修饰的成员式内部类被称为对象级内部类。
  • 类级内部类相当于其外部类的static成分,它的对象与外部类对象间不存在依赖关系,因此可直接创建。而对象级内部类的实例,是绑定在外部对象实例中的。
  • 类级内部类中,可以定义静态的方法,在静态方法中只能够引用外部类中的静态成员方法或者成员变量。
  • 类级内部类相当于其外部类的成员,只有在第一次被使用的时候才会被装载

        再来看看多线程缺省同步锁的知识。
        大家都知道,在多线程开发中,为了解决并发问题,主要是通过使用synchronized来加互斥锁进行同步控制。但是在某些情况中,JVM已经隐含地为您执行了同步,这些情况下就不用自己再来进行同步控制了。这些情况包括:

  • 由静态初始化器(在静态字段上或 static{} 块中的初始化器)初始化数据时 
  • 访问 final 字段时 
  • 在创建线程之前创建对象时 
  • 线程可以看见它将要处理的对象时

2:接下来看看这种解决方案的思路
        要想很简单的实现线程安全,可以采用静态初始化器的方式,它可以由JVM来保证线程安全性。比如前面的“饿汉式”实现方式,但是这样一来,不是会浪费一定的空间吗?因为这种实现方式,会在类装载的时候就初始化对象,不管你需不需要。
        如果现在有一种方法能够让类装载的时候不去初始化对象,那不就解决问题了?一种可行的方式就是采用类级内部类,在这个类级内部类里面去创建对象实例,这样一来,只要不使用到这个类级内部类,那就不会创建对象实例。从而同时实现延迟加载和线程安全。
        看看代码示例可能会更清晰,示例代码如下:

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public  class  Singleton {
     /**
      * 类级的内部类,也就是静态的成员式内部类,该内部类的实例与外部类的实例
      * 没有绑定关系,而且只有被调用到才会装载,从而实现了延迟加载
      */
     private  static  class  SingletonHolder{
         /**
          * 静态初始化器,由JVM来保证线程安全
          */
         private  static  Singleton instance = new  Singleton();
     }
     /**
      * 私有化构造方法
      */
     private  Singleton(){
     }
     public  static   Singleton getInstance(){
         return  SingletonHolder.instance;
     }
}

 

        仔细想想,是不是很巧妙呢!
        当getInstance方法第一次被调用的时候,它第一次读取SingletonHolder.instance,导致SingletonHolder类得到初始化;而这个类在装载并被初始化的时候,会初始化它的静态域,从而创建Singleton的实例,由于是静态的域,因此只会被虚拟机在装载类的时候初始化一次,并由虚拟机来保证它的线程安全性。
        这个模式的优势在于,getInstance方法并没有被同步,并且只是执行一个域的访问,因此延迟初始化并没有增加任何访问成本。


3.9  单例和枚举

        按照《高效Java 第二版》中的说法:单元素的枚举类型已经成为实现Singleton的最佳方法。
        为了理解这个观点,先来了解一点相关的枚举知识,这里只是强化和总结一下枚举的一些重要观点,更多基本的枚举的使用,请参看Java编程入门资料:

  • Java的枚举类型实质上是功能齐全的类,因此可以有自己的属性和方法
  • Java枚举类型的基本思想:通过公有的静态final域为每个枚举常量导出实例的类
  • 从某个角度讲,枚举是单例的泛型化,本质上是单元素的枚举

        用枚举来实现单例非常简单,只需要编写一个包含单个元素的枚举类型即可,示例代码如下:

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/**
  * 使用枚举来实现单例模式的示例
  */
public  enum  Singleton {
     /**
      * 定义一个枚举的元素,它就代表了Singleton的一个实例
      */
     uniqueInstance;
     
     /**
      * 示意方法,单例可以有自己的操作
      */
     public  void  singletonOperation(){
         //功能处理
     }
}

        使用枚举来实现单实例控制,会更加简洁,而且无偿的提供了序列化的机制,并由JVM从根本上提供保障,绝对防止多次实例化,是更简洁、高效、安全的实现单例的方式。


3.10  思考单例模式

1:单例模式的本质
        单例模式的本质:控制实例数目
        单例模式是为了控制在运行期间,某些类的实例数目只能有一个。可能有人就会想了,那么我能不能控制实例数目为2个,3个,或者是任意多个呢?目的都是一样的,节省资源啊,有些时候单个实例不能满足实际的需要,会忙不过来,根据测算,3个实例刚刚好,也就是说,现在要控制实例数目为3个,怎么办呢?
        其实思路很简单,就是利用上面通过Map来缓存实现单例的示例,进行变形,一个Map可以缓存任意多个实例,新的问题就是,Map中有多个实例,但是客户端调用的时候,到底返回那一个实例呢,也就是实例的调度问题,我们只是想要来展示设计模式,对于这个调度算法就不去深究了,做个最简单的,循环返回就好了,示例代码如下:

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/**
* 简单演示如何扩展单例模式,控制实例数目为3个
*/
public  class  OneExtend {
     /**
     * 定义一个缺省的key值的前缀
     */
     private  final  static  String DEFAULT_PREKEY = "Cache" ;
     /**
     * 缓存实例的容器
     */
     private  static  Map<String,OneExtend> map =
new  HashMap<String,OneExtend>();
     /**
     * 用来记录当前正在使用第几个实例,到了控制的最大数目,就返回从1开始
     */
     private  static  int  num = 1 ;
     /**
     * 定义控制实例的最大数目
     */
     private  final  static  int  NUM_MAX = 3 ;
     private  OneExtend(){}
     public  static  OneExtend getInstance(){
         String key = DEFAULT_PREKEY+num;
         //缓存的体现,通过控制缓存的数据多少来控制实例数目
         OneExtend oneExtend = map.get(key);
         if (oneExtend== null ){
             oneExtend = new  OneExtend();
             map.put(key, oneExtend);
         }
         //把当前实例的序号加1
         num++;
         if (num > NUM_MAX){
             //如果实例的序号已经达到最大数目了,那就重复从1开始获取
             num = 1 ;
         }
         return  oneExtend;      
     }
     
     public  static  void  main(String[] args) {
         //测试是否能满足功能要求
         OneExtend t1 = getInstance ();
         OneExtend t2 = getInstance ();
         OneExtend t3 = getInstance ();
         OneExtend t4 = getInstance ();
         OneExtend t5 = getInstance ();
         OneExtend t6 = getInstance ();
         
         System.out.println( "t1==" +t1);
         System.out.println( "t2==" +t2);
         System.out.println( "t3==" +t3);
         System.out.println( "t4==" +t4);
         System.out.println( "t5==" +t5);
         System.out.println( "t6==" +t6);
     }
}

 测试一下,看看结果,如下:

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t1==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend @6b97fd
t2==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend @1c78e57
t3==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend @5224ee
t4==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend @6b97fd
t5==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend @1c78e57
t6==cn.javass.dp.singleton.example9.OneExtend @5224ee

        第一个实例和第四个相同,第二个与第五个相同,第三个与第六个相同,也就是说一共只有三个实例,而且调度算法是从第一个依次取到第三个,然后回来继续从第一个开始取到第三个。
        当然这里我们不去考虑复杂的调度情况,也不去考虑何时应该创建新实例的问题。
        注意:这种实现方式同样是线程不安全的,需要处理,这里就不再展开去讲了。


2:何时选用单例模式
        建议在如下情况中,选用单例模式:

  • 当需要控制一个类的实例只能有一个,而且客户只能从一个全局访问点访问它时,可以选用单例模式,这些功能恰好是单例模式要解决的问题

 

3.11  相关模式


        很多模式都可以使用单例模式,只要这些模式中的某个类,需要控制实例为一个的时候,就可以很自然的使用上单例模式。比如抽象工厂方法中的具体工厂类就通常是一个单例。

 

 

 

单例模式结束,谢谢各位的捧场,鞠躬ing

本文转载自:http://blog.csdn.net/liduanw/article/details/8192918

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