[Java] [Singleton] [DCL]

標籤：懶漢   指令重排序   意思   single   操作   自己的   原子操作   col   可見度   

Singleton

• 只能有一個執行個體；必須自己建立自己的執行個體；必須給其他所有對象提供這一執行個體

實現方法餓漢式singleton

• 積極式載入法

• class Single {  private Single() {    System.out.println("ok");  }    private static Single instance = new Single();    public static Single getInstance() {    return instance;  }}

• 優點：
  • thread safe
  • 調用時速度快(在類載入時已經建立好一個static對象)
• 缺點：
  • 資源使用率不高(可能系統不需要)
  • 在一些情境下無法使用。比如在single執行個體的建立依賴參數或設定檔時。

懶漢式singleton

• 消極式載入法

• public class LazySingleton {  private static LazySingleton instance;  private LazySingleton() {}    public static LazySingleton getInstance() {    if (instance == null) {      instance = new LazySingleton();    }    return instance;  }}

• 適用於單線程環境，not trhead-safe，getInstance()方法可能返回兩個不同執行個體。
• 可以改成thread-safe版本，如下：
  

  public class LazySingleton {    private static LazySingleton instance;        private LazySingleton() {}        public static synchronized LazySingleton getInstance() {             if (instance == null) {                       instance = new LazySingleton();           }        return instance;                                          }}

• 優點：不執行getInstance對不會被執行個體化
• 缺點：第一次載入時反應不快。每次調用getInstance的同步開銷大。(大量不必要的同步)

DCL singleton

• Double Check Lock
• 避免每次調用getInstance方法時都同步

• public class LazySingleton {  private static LazySingleton instance;  private LazySingleton() {}    public static LazySingleton getInstance() {    if (instance == null) {      synchronized(LazySingleton.class) {        if (instance == null) {          instance = new LazySingleton();        }      }    }    return instance;  }}

• 第一層判斷，避免不必要的同步。第二層判斷則是線上程安全的情況下建立執行個體。
• 優點：資源使用率高，多線程下效率高。
• 缺點：第一次載入時反應不快，由於java記憶體模型一些原因偶爾會失敗，在高並發下有一定的缺陷。
• 上述代碼依然存在不安全性：
  instance = new LazySingleton()這條語句實際上不是一個原子操作，它大概包括三件事：
  1. 給LazySingleton的執行個體分配記憶體；
  2. 初始化LazySingleton()的構造器；
  3. 將instance對象指向分配的記憶體空間(在這一步的時候instance變成非null)。

　　但是由於Java編譯器允許處理器亂序執行(指令重排序)，上述2、3點的順序是無法保證的。(意思是可能instance != null時有可能還未真正初始化構造器)。　
　　解決方案是通過將instance定義為volatile的。(volatile有兩個語義：1. 保證變數的可見度；2. 禁止對該變數的指令重排序)

• 參考<<Java並發編程>> P286 ~ P287。在JMM後續版本(>= Java5.0)中，可以通過結合volatile的方式來啟動DCL，並且該方式對效能的影響很小。然而，DCL的這種使用方式已經被廣泛地拋棄了。
• (因為volatile屏蔽指令重排序的語義在JDK1.5中才被完全修複，此前的JDK中即使將變數聲明為volatile，也仍然不能完全避免重排序所導致的問題，這主要是因為volatile變數前後的代碼仍然存在重排序問題。)

static內部類singleton

• class Single {  private Single() {}    private static class InstanceHolder {    private static final Single instance = new Single();  }    public static Single getInstance() {    return InstanceHolder.instance();  }}

• 優點：安全執行緒，資源使用率高。
• 缺點：第一次載入時反應不快。
• 原理：類級內部類(static修飾的成員內部類)只有在第一次使用時才會被載入。

Summary

• 考慮到效率、安全性等問題，一般常用餓漢式singleton or static內部類singleton。其中後者是常用的singleton實現方法。

 

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