如何写出一个性能优化的单例模式

Java基础

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2019-9-17

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单例模型是面试当中最常见的一种设计模式,它是一种对象创建模式,用于产生一个对象的具体实例,可以确保系统中一个类只产生一个实例。

简而言之,单例模式可以带来两个好处:

1、对于频繁使用到的对象,可以节省反复创建对象花费的时间;

2、减少对象的实例化操作,故而可以降低系统内存的使用频率;

根据以上两点,可看出使用单例模式能够有效地改善系统的性能。

最常见的单例模式有饿汉模式与懒汉模式。

1、饿汉模式长这样的:

 1 public class Singleton{
 2  
 3   private Singleton(){}
 4   
 5   private static final Singleton instance=new Singleton();
 6 
 7   public static Singleton getInstance(){
 8   
 9   return instance;
10   }
11 }

这种单例模式非常简单,唯一不足的是,无法对instance实例做延迟加载,由于instance成员变量是static定义的,因此JVM在加载单例类时,单例对象就会被建立,如果这个单例类在系统中还包含了其他的静态方法,每次通过这个单例类去调用其他的静态方法时,就会加载被static定义的成员变量,也就是加载了private static final Singleton instance=new Singleton(),故而就会创建一个Singleton实例出来,可以通过一个例子来进行说明:

 1 public class Singleton{
 2 
 3     private Singleton(){
 4 
 5         System.out.println("创建了一个单例!");
 6     }
 7 
 8     private static final Singleton instance=new Singleton();
 9 
10     public static Singleton getInstance(){
11 
12         return instance;
13     }
14 
15     public static void Test(){
16 
17         System.out.println("调用了这个方法!");
18     }
19 
20 }

打印出这样的信息:

 

由此可见,饿汉模式因为没有延迟加载机制,存在着对象容易被创建的问题,这将会影响系统在调用相关函数时的反应速度,可以加入延迟加载机制来解决这个问题。

加了延迟机制的单例模式,就成了我们常见的懒汉模式了,但这里加了同步安全机制:

 1 public class SingletonSyn{
 2 
 3 private SingletonSyn(){
 4     System.out.println("创建了一个线程安全的懒汉单例!");
 5 }
 6 
 7     private static  SingletonSyn instance=null;
 8 
 9     public static synchronized SingletonSyn getInstance() {
10     if (instance == null)
11         instance = new SingletonSyn();
12         return instance;
13 
14     }
15 }

这里需注意的地方是:getInstance()方法必须是同步的,否则在多线程环境下,当线程1正新建单例时,完成操作赋值时,线程2可能判断instance为null,故线程2也将启动新建单例程序,这样就会导致多个实例被创建,对性能的影响将会加剧,故加synchronized做同步是必须的。

可谓成也萧何败也萧何,虽然加上了同步关键字synchronized 可以解决同步问题,但因在多线程的环境下,它的性能消耗将远远大于第一种饿汉模式。

基于前面两种单例模式,可以对它做进一步的改进:

 1 public class Singleton{
 2  
 3   private Singleton(){System.out.println("创建了一个基于内部类的单例模式!");}
 4   
 5   private static class SingletonHolder{
 6      private static Singelton instance=new Singleton();
 7 
 8 }
 9 
10   public static  Singleton getInstance(){
11  
12   return SingletonHolder.instance;
13  
14    }
15 }

上面的例子使用内部类来维护单例的实例,当Singleton被加载时,其内部类并不会被初始化,故可以确保当Singleton类被载入JVM时,不会初始化单例类,只有当getInstance()被调用时,才会加载内部类SingletonHolder,从而实例化单例类instance。同时,由于实例的建立是在类加载时才完成的,故天生对多线程友好,getInstance方法也无需使用同步synchronized,可见,使用内部类方式实现单例,既可以做到延迟加载,也不必使用同步关键字,是一种比较完善的实现。

当然,若需更加完善单例模式的设计,还有更优的方式,感兴趣的伙伴可以继续深入进行一个探讨。

 

作者:朱季谦