Java Web 实战 07 - 多线程基础之单例模式

野性酷女 2024-03-25 09:23 144阅读 0赞

> 大家好 , 这篇文章给大家带来的是单例模式 , 单例模式中分为懒汉模式和饿汉模式 , 懒汉模式是需要用的到的时候才去创建实例 , 而饿汉模式是程序一启动就立刻创建实例 , 在这其中还有很多其他问题需要我们去研究  
> 推荐大家[跳转到这里][Link 1] , 观看效果更加  
> [上一篇文章的链接我也贴在这里了][Link 2]  
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#### 单例模式 ####

*  单例模式
 *  1. 饿汉模式 : 程序启动立即创建实例
 *  2. 懒汉模式 : 程序启动先不创建实例 , 等到真正有用的时候再创建实例
 *  3. 正题 : 上述的两个单例模式的代码在多线程环境下调用 getInstance() 是线程安全的吗?

## 单例模式 ##

单例模式是一种非常常见的设计模式

> 设计模式就相当于棋谱 , 前人总结出的一些固定套路 , 如果我们按照这些固定套路 , 代码就不会写的太离谱

设计模式虽然很有用 , 但是需要大家有一定的编程经验才好理解一点  
未来肯定会经常和设计模式打交道 , 但是现在我们还是学习一下面试中比较常见的设计模式  
校招中 , 关于设计模式 , 主要考察两个 : 单例模式、工厂模式

单例模式的目的就是 : 有些对象 , 在一个程序中应该只有一个实例 , 就可以使用单例模式  
在单例模式下 , 对象的实例化就被限制了 , 只能创建一个 , 多的就不能再创建了

单例模式就是借助相关语法强制限制咱们不能创建多个实例

> 开车为啥要系安全带 ?  
> 大家都不想出现事故 , 但是通过司机并不能完全保证安全  
> 所以就出现了安全带 , 一定程度上保证了安全

在 Java 中 , 单例模式有很多种实现方式  
我们主要介绍两个 : 饿汉模式 和 懒汉模式  
他们俩描述的是 创建实例的时机  
**饿汉模式 : 程序启动立即创建实例**  
**懒汉模式 : 程序启动先不创建实例 , 等到真正有用的时候再创建实例**

大家不要把懒理解成贬义词 , 在计算机中 , 懒这个字往往意味着性能比较高  
许多科技的发明都是因为人类懒 , 想要方便生活

计算机中 , 这种思想很常见  
硬盘里面有许多大文件  
使用文件资源管理器打开它

1.  饿汉模式 : 把这些大文件通通读到内存中 , 读取完毕之后再让用户进行查看和修改
2.  懒汉模式 : 只读取出当前页面能显示出的范围的文件数目 , 随着用户翻页 , 继续再读后面内容 , 用户还没翻到 , 就不着急度

或者刷抖音 , 不是一下子加载出所有的视频 , 而是一个一个加载 , 刷完了再加载下一条  
或者微信朋友圈 , 只有当你点进去的时候 , 才会加载原图 , 否则就不加载

## 1. 饿汉模式 : 程序启动立即创建实例 ##

// 单例模式的实现
    // 饿汉模式
    class Singleton {
        
        // 创建实例,把创建的实例赋值给一个静态变量
        // 静态变量又叫做类变量,类对象在整个程序中只有唯一一个实例->保证了单例
        private static Singleton instance = new Singleton();
    
        // 通过这个静态方法返回独苗实例
        // 后续如果需要使用这个实例,统一基于getInstance方法来获取咱们的独苗实例,就不需要去new了
        public static Singleton getInstance() {
        
            return instance;
        }
    
        // 构造方法设为私有:其他的类想来new就不行了
        // 从根本上禁止了其他代码来new Singleton 实例了
        private Singleton() {
        }
    }
    
    public class Demo19 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
            Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
            
            // 创建的是同一个实例
            System.out.println(instance1 == instance2);// true
        }
    }

如果我们再手动创建一个实例 , 就会报错  
![image.png][]

单例模式的关键是 : 使用静态成员表示实例 (唯一性) + 让构造方法为私有 (堵住了 new 创建新实例的方式)

那么这段代码为什么说是饿汉模式呢 ?  
![image.png][image.png 1]

## 2. 懒汉模式 : 程序启动先不创建实例 , 等到真正有用的时候再创建实例 ##

// 单例模式的实现
    // 懒汉模式
    class SingletonLazy {
        
        // 先不着急实例化
        private static SingletonLazy instance = null;
        
        public static SingletonLazy getInstance() {
        
            // 进行判断
            // 为空->创建实例
            if(instance == null) {
        
                instance = new SingletonLazy();
            }
            return instance;
        }
        
        // 构造方法同样也是 private 的
        private SingletonLazy() {
        }
    }
    
    public class Demo19 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
            Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
    
        }
    }

![image.png][image.png 2]

## 3. 正题 : 上述的两个单例模式的代码在多线程环境下调用 getInstance() 是线程安全的吗? ##

饿汉模式是天然线程安全的  
![image.png][image.png 3]  
懒汉模式是线程不安全的  
![image.png][image.png 4]  
懒汉模式一旦实例创建好之后 , 后续 if 条件就进不去了 , 此时也就全是读操作了 , 也就线程安全了  
所以我们要是想让懒汉模式变成线程安全的 , 就一定要解决第一次创建实例的过程

那如何解决懒汉模式的线程不安全问题呢 ?  
解决办法就是加锁

// 单例模式的实现
    // 懒汉模式
    class SingletonLazy {
        
        // 先不着急实例化
        private static SingletonLazy instance = null;
    
        public static SingletonLazy getInstance() {
        
            // 进行判断
            // 为空->创建实例
            synchronized (SingletonLazy.class) {
        
                if(instance == null) {
        
                    instance = new SingletonLazy();
                }
            }
            return instance;
        }
    
        // 构造方法同样也是 private 的
        private SingletonLazy() {
        }
    }
    
    public class Demo19 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
            Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
    
        }
    }

![image.png][image.png 5]  
但是目前还是有问题  
懒汉模式只是初始情况下 , 才会有线程不安全问题  
一旦实例创建好了之后 , 此时就安全了  
既然如此 , 后续再调用 getInstance 的时候就不应该再去加锁了  
当线程已经安全了 , 我们再尝试进行加锁 , 其实就非常影响效率了  
所以我们需要做到 : 该加锁的地方需要加锁 , 不该加锁的时候别乱加锁  
我们只需要再加上一层 if 判定就 ok 了

// 单例模式的实现
    
    // 懒汉模式
    class SingletonLazy {
        
        // 先不着急实例化
        private static SingletonLazy instance = null;
    
        public static SingletonLazy getInstance() {
        
            // 进行判断
            // 为空->创建实例
            if(instance == null) {
        
                synchronized (SingletonLazy.class) {
        
                    if(instance == null) {
        
                        instance = new SingletonLazy();
                    }
                }
            }
            return instance;
        }
    
        // 构造方法同样也是 private 的
        private SingletonLazy() {
        }
    }
    
    public class Demo19 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
            Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
        }
    }

![image.png][image.png 6]  
![image.png][image.png 7]

外层 if 为了降低加锁的频率 , 降低锁冲突的概率 . 里层 if 才是真正判定是否要实例化  
我们再举个栗子帮大家理清楚为什么要用双层判断  
![image.png][image.png 8]  
其中 , 一个线程读 , 一个线程写还存在内存可见性问题  
![image.png][image.png 9]

// 单例模式的实现
    // 懒汉模式
    class SingletonLazy {
        
        // 先不着急实例化
        volatile private static SingletonLazy instance = null;
    
        public static SingletonLazy getInstance() {
        
            // 进行判断
            // 为空->创建实例
            if(instance == null) {
        
                synchronized (SingletonLazy.class) {
        
                    if(instance == null) {
        
                        instance = new SingletonLazy();
                    }
                }
            }
            return instance;
        }
    
        // 构造方法同样也是 private 的
        private SingletonLazy() {
        }
    }
    
    public class Demo19 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Singleton instance1 = Singleton.getInstance();
            Singleton instance2 = Singleton.getInstance();
    
        }
    }

![image.png][image.png 10]

对于 volatile , 有一种大家认同比较多的说法是这样  
volatile 在此处的用途 , 是禁止指令重排序  
![image.png][image.png 11]

--------------------

关于这里 , 还有可能问到对象存储在哪里的问题 , 我们也需要格外关注一下  
![image.png][image.png 12]

> 单例模式的分析就到这里了 , 觉得有收获的请一键三连嗷~  
> ![在这里插入图片描述][67bf62c6199a42c5b03f9e94e9904c27.png]

[Link 1]: https://www.yuque.com/jialebihaitao/study/qzym2pw332lm6k7q?singleDoc#%20%E3%80%8A2.%20%E5%A4%9A%E7%BA%BF%E7%A8%8B%20%28%E5%9F%BA%E7%A1%80%29%E3%80%8B
[Link 2]: https://blog.csdn.net/m0_53117341/article/details/129441317?spm=1001.2014.3001.5501
[3d4b544d8f1a47878a1a13c0b1e10817.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/8ea80593e04346cdb4fbb6b527fade7d.png
[image.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/1ede3a7457cd44f1b95ad95139603745.png
[image.png 1]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/15677db7c0e24711b054f552aa88f257.png
[image.png 2]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/de42e77458894bcba21e56f1bb5b8729.png
[image.png 3]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/9e1a4ca18e4648d0bb72fe66c1e0b7b2.png
[image.png 4]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/09776e53506643fc8dc86d69cd6117bb.png
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[image.png 7]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/f3466e629a62449683c563af2409e0ba.png
[image.png 8]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/7df8626096be4a1ca1f60f42ec725305.png
[image.png 9]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/9aae6ecbdfe9486fb91ed67cf26c1415.png
[image.png 10]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/cd0ebf34932d47939e3d5d4c22129eb3.png
[image.png 11]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/bf9b656a6ccc4041a1e5285fe0be2afe.png
[image.png 12]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/4e0ae137bcfc4d37a69a1fbae35256fa.png
[67bf62c6199a42c5b03f9e94e9904c27.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/25/2ae921e85df74c3eb34102f5e62f0c9a.png