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程序員的成長之路

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來自：https://blog.csdn.net/weixin_43178828

前言

閱讀源碼的時候總會發(fā)現(xiàn)大神對于單例 Singleton, 比如數(shù)據(jù)庫連接對象比如線程池還有spring的容器都有些細(xì)微的操作但不知道啥含義今天我們聊聊優(yōu)雅的（效率高數(shù)據(jù)安全的）單例怎么實現(xiàn)

向著優(yōu)雅Java的道路前進(jìn)！

從最簡單的開始 getInstance

我們總是能看到getInstance方法 why？我一開始也不理解為啥不直接調(diào)用這個實例呢我直接訪問那個實例對象就好了啊

隨著讀源碼的深入我萌生出幾個問題：

你訪問這個實例對象的時候這個實例真的已經(jīng)創(chuàng)建出來了嗎？
這個實例對象是怎么創(chuàng)建出來的？創(chuàng)建的機(jī)制其實各有不同

比如所謂懶漢式的創(chuàng)建是需要你依賴他這個實例的時候才會觸發(fā) 從而創(chuàng)建單例的為的是節(jié)省內(nèi)存空間——沒人用我創(chuàng)建他出來干嘛？
所以在你獲取對象之前是不是有個觸發(fā)的東西呢？說白了前邊還有些代碼邏輯實現(xiàn)懶漢式的思路

如果能夠直接訪問到這個實例對象怎么保證是單例呢？我上次訪問的和這次是同一個對象？
如何保證創(chuàng)建的是單例尤其是多線程的環(huán)境下

基于上述的問題一個經(jīng)典的實現(xiàn)套路：

public class MySingleton {
 private static MySingleton instance = new MySingleton();
 
 private Singleton() {
 }
  
 public static MySingleton getInstance() {
  return instance;
 } 
}

這樣我們使用只需要MySingleton singleton = MySingleton.getInstance();

注意一個細(xì)節(jié) 為了保證單例我們這里使用static 保證單例和Class對象綁定在一起所以必能訪問唯一的實例

復(fù)雜單例的創(chuàng)建過程——用串行化的static代碼塊解決

我們拓展一下假設(shè)創(chuàng)建的過程很復(fù)雜可能需要別的bean來輔助即我依賴別的類的實例對象輔助我完成創(chuàng)建還有很多細(xì)節(jié)的創(chuàng)建過程這時應(yīng)該怎么進(jìn)行單例的初始化呢？

使用static代碼塊因為這個代碼塊執(zhí)行順序是嚴(yán)格串行的，JLS標(biāo)準(zhǔn)保證了這一點(diǎn)

所以不會有虛擬機(jī)優(yōu)化指令重排序的問題也不會有多線程的數(shù)據(jù)安全問題

public class MySingleton {
 private static MySingleton instance = null;
 private static OtherSingleton helper = null;
 static{
  helper = OtherSingleton.getInstance();
  instance = MySingleton(helper);
 }

 private MySingleton(OtherSingleton helper) {
  if(helper) this.helper = helper;
  else throw new MyException("OtherSingleton getInstance failed");
 }
  
 public static MySingleton getInstance() {
  return instance;
 } 
}

可以發(fā)現(xiàn) static的串行化保證我創(chuàng)建單例的時候依賴的helper是能拿得到的（這個具體由OtherSingleton 的getInstance負(fù)責(zé) 我們這里最多加一層檢查攔截拋異常）不會出現(xiàn) 因為多線程導(dǎo)致創(chuàng)建的時候 helper拿不到的情況。。

而getInstance里邊也可以添加獨(dú)特的東西（懶漢式我們后邊再聊）

懶漢式（延遲創(chuàng)建）

基本思路，訪問getInstance時

如果沒有創(chuàng)建則開始創(chuàng)建并返回單例
已經(jīng)創(chuàng)建則直接返回

public class MySingleton {
 private static MySingleton instance = null;
 private static OtherSingleton helper = null;
 private MySingleton(OtherSingleton helper) {
  if(helper) this.helper = helper;
  else throw new MyException("OtherSingleton getInstance failed");
 }
 
 public static MySingleton getInstance() {
  if(instance == null)
   instance = new MySingleton(OtherSingleton.getInstance());
  return instance;
 } 
}

但是問題在于多線程情況下這個if的判斷也未必準(zhǔn)確假設(shè)同時有兩個線程都進(jìn)到這個if里邊執(zhí)行就會創(chuàng)建出兩個實例而不是單例而為什么有兩個能進(jìn)去？一個線程創(chuàng)建單例的時候另外一個直接進(jìn)來了（那個時候單例還沒創(chuàng)造出來 instance == null 當(dāng)然進(jìn)的來）

內(nèi)存泄漏？

有人覺得 java有內(nèi)存回收機(jī)制沒人用那個多余的單例就會被回收問題是這么執(zhí)行會導(dǎo)致兩個單例都會被用到創(chuàng)建的時候有多少個線程進(jìn)去if里邊那就有多少單例產(chǎn)生并被使用所以導(dǎo)致嚴(yán)重的內(nèi)存泄漏！

解決方案：

我們認(rèn)為這個if里邊是個臨界區(qū)域就只能有一個線程在里邊才對！所以可以粗暴的使用synchronized 讓整個代碼塊順序執(zhí)行就類似static代碼塊一樣：

public class MySingleton {
 private static MySingleton instance = null;
 private static OtherSingleton helper = null;
 private MySingleton(OtherSingleton helper) {
  if(helper) this.helper = helper;
  else throw new MyException("OtherSingleton getInstance failed");
 }
 
 public static synchronized MySingleton getInstance() {
  if(instance == null)
   instance = new MySingleton(OtherSingleton.getInstance());
  return instance;
 } 
}

更高的性能 double check locking

整個上鎖由于鎖粒度不夠細(xì) 導(dǎo)致性能比較低因此思路是盡量降低鎖的粒度范圍：

public class MySingleton {
 private static MySingleton instance = null;
 private static OtherSingleton helper = null;
 private MySingleton(OtherSingleton helper) {
  if(helper) this.helper = helper;
  else throw new MyException("OtherSingleton getInstance failed");
 }
 
 public static synchronized MySingleton getInstance() {
  if(instance == null){
   synchronized (MySingleton.class){
    if(instance == null){
     instance = new MySingleton(OtherSingleton.getInstance());
    } 
   }
  }
   
  return instance;
 } 
}

這里我們設(shè)定MySingleton.class對象作為臨界意圖明顯 class對象唯一所以我們鎖類這樣就保證了單線程的創(chuàng)建實例其實和static靜態(tài)塊異曲同工因為static也是類初始化的時候執(zhí)行的同樣也是保證串行綁定了class對象的執(zhí)行

可見性 volatile

但這里其實還有個問題就是創(chuàng)建實例對象的一瞬間真的別的線程就能立馬知道了嘛（可見性）？當(dāng)然是不可能的注意我們電腦CPU和內(nèi)存的數(shù)據(jù)一致性或者說緩存一致性也是不一定有保證的畢竟存在頻率（訪問速率）的差異自然會存在緩存沒有更新的情況

比如這里的實例對象變量instance！多線程在下一個指令周期搶到了CPU計算的時間片執(zhí)行那個時候緩存默認(rèn)是不更新的

除非我們調(diào)用java的volatile 他自然是個native的關(guān)鍵字底層依賴C來實現(xiàn)變量的可見性！所以我們終極的程序應(yīng)當(dāng)是：

public class MySingleton {
 private volatile static MySingleton instance = null;
 private static OtherSingleton helper = null;
 private MySingleton(OtherSingleton helper) {
  if(helper) this.helper = helper;
  else throw new MyException("OtherSingleton getInstance failed");
 }
 
 public static synchronized MySingleton getInstance() {
  if(instance == null){
   synchronized (MySingleton.class){
    if(instance == null){
     instance = new MySingleton(OtherSingleton.getInstance());
    } 
   }
  }
   
  return instance;
 } 
}

另一種懶漢式創(chuàng)建單例——靜態(tài)內(nèi)部類

既然是懶漢式自然沒辦法直接用static來創(chuàng)建了但是可不可能用另外一個類的static來保證懶漢式單例呢？

public class MySingleton {
 private MySingleton(OtherSingleton helper) {
  if(helper) this.helper = helper;
  else throw new MyException("OtherSingleton getInstance failed");
 }
 
 public static class MySingletonAdapter {
  private static final MySingleton instance = new MySingleton(OtherSingleton.getInstance());
 } 
 public static getInstance() {
  return MySingletonAdapter.instance;
 }
}

這種方式被稱為：Initialization on demand holder

序列化單例

實現(xiàn)了Serializable接口的單例序列化倒沒什么問題但是反序列化時會產(chǎn)生新的實例對象這里我們得改改readResolve（）方法使得返回的實例保證單例

public class MySingleton {
 private static final long serialVersionUID = -3453453414141241L;
 private static MySingleton instance = new MySingleton(OtherSingleton.getInstance());
 
 private MySingleton(OtherSingleton helper) {
  if(helper) this.helper = helper;
  else throw new MyException("OtherSingleton getInstance failed");
 }
 
 private Object readResolve() {
  return instance;
 }
}

后記

其實有沒有考慮過另一個問題這里我們很快樂的使用了OtherSingleton.getInstance() 但是有沒有想過系統(tǒng)剛開始一啟動實例化誰先誰后呢？假設(shè)Other是后邊才實例化的前邊的MySingleton的創(chuàng)建不是吃癟了嘛？？？

假設(shè)我們控制一個創(chuàng)建單例的串行順序就好像玩游戲mod 有個依賴順序設(shè)計一個排序那看起來雖然很麻煩應(yīng)該沒啥問題

但是！如果兩個互相依賴怎么辦？OtherSingleton初始化是需要MySingleton的怎么辦呢？如果幾百個bean 初始化的時候互相依賴該怎么解決？

這時就需要有一種思想可以用于解決各種由于依賴導(dǎo)致的問題 ——IOC（invertion of controll）控制翻轉(zhuǎn)思想其實際實現(xiàn)是通過依賴注入dependency injection。

<END>

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