Singleton和Double-Checked Locking设计模式,分别指的是单例模式和双重检查锁模式,它们都可以用于确保某个类只有一个对象实例化。

两个模式的区别在于:Singleton模式用在单线程应用程序中,而Double-Checked Locking模式用于多线程模式。

一、Singleton模式

UML图:

代码:

  1. package bupt.xujinliang.singletonpattern;
  2. /**
  3. *
  4. * @author jin
  5. *
  6. */
  7. public class SingletonExample {
  8. public static void main(String[] args) {
  9. Printer printer1 = Printer.getInstance();
  10. Printer printer2 = Printer.getInstance();
  11. if(printer1 == printer2) {
  12. System.out.println("printer2 point to the same address with printer1");
  13. } else {
  14. System.out.println("printer2 point to different address with printer1");
  15. }
  16. }
  17. }
  18. class Printer {
  19. private static Printer instance;
  20. public Printer() {
  21. System.out.println("Printer Constructor");
  22. }
  23. public static Printer getInstance() {
  24. if(null == instance)
  25. instance = new Printer();
  26. return instance;
  27. }
  28. }

运行结果:

2.Double-Checked Locking模式

Double Check Locking模式是singleton的多线程版本,必须使用锁来锁定临界区,当多个线程存在访问临界区的意图时,保证了临界区只被访问一次。
首先介绍其在C/C++环境下的实现过程:
代码1:
  1. Printer* get_instance(void)
  2. {
  3. lock();
  4. if( instance == 0) {
  5. instance = new Printer;
  6. }
  7. unlock();
  8. return instance;
  9. }

上述代码存在的问题是:无论是否已经初始化都要加锁,增加了负荷,已经没有所谓的并发性能了。

代码2:
  1. Printer* get_instance(void)
  2. {
  3. if( instance == 0){
  4. lock();
  5. instance = new Printer;
  6. unlock();
  7. }
  8. return instance;
  9. }

上述代码存在的问题是:不能保证临界区只初始化一次,没能实现singleton的基本功能。

代码3:
  1. Printer* get_instance(void)
  2. {
  3. if( instance == 0){
  4. lock();
  5. if( instance == 0 )
  6. instance = new Printer;
  7. unlock();
  8. }
  9. return instance;
  10. }

这是比较完善的Double-Checked Locking模式实现的代码。

为什么叫做Double-Checked Locking呢?请看上述代码3,可以看到在加锁前后都对instance变量进行了检查,故谓之Double-Checked Locking。
那么在Java中的实现与在C/C++中不同吗?是的。
下面的的Java代码是不能够实现Double-Checked Locking模式的:
  1. class Printer {
  2. private static Printer resource ;
  3. public static Printer getInstance(){
  4. if(resource == null ){
  5. synchronized (DoubleCheckedLockingExample.class) {
  6. if(resource  == null ){
  7. resource  = new Printer() ;
  8. }
  9. }
  10. }
  11. return resource ;
  12. }
  13. private Printer(){}
  14. }

上面程序真正的问题是没有同步的情况下读取共享变量resource,并发的情况下对象的状态值有可能是过期无效的。要解决这个问题也很简单,把resource声明为volatile类型。volatile有什么作用?引用《java并发编程实战》的解析:

  1. 当一个域声明为volatile类型后,编译器与运行时会监视这个变量:它是共享的,而且对它的操作不会与其他的内存操作一起被重排序。volatile变量不会缓存在寄存器或缓存在对其他处理器隐藏的地方。所以,读一个volatile类型的变量时,总会返回由某一线程所写入的最新值。

读取volatile变量比读取非volatile变量的性能几乎没有差别,不过需要注意的是volatile只能保证内存可见性,并不能保证原子性。

现给出Java在多线程下实现单个实例化对象的方法:
  1. class Printer {
  2. private static class Instance {
  3. static final Printer instance = new Printer();
  4. }
  5. private static Printer resource ;
  6. public static Printer getInstance(){
  7. return Instance.instance;
  8. }
  9. private Printer(){}
  10. }

上述方法之所以有效,是因为内部类(Instance)将只被装载一次,所以只会创建一个对象。

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