Design Pattern - Singleton Pattern (设计模式 - 单例模式)

什么是单例模式？

我们只允许某个类存在唯一的一个实例 - 换句话说，对于某个类我们只new 一次

为什么使用单例？

比如线程池, Metrics Object, 或者Logging Object etc. 单例可以用来减少对资源的损耗，因为对于相同目的操作我们应该尽可能的重用而不是重建。

如何使用单例？

方法一

package Chap5SingletonPattern;

public class Singleton_1 {
	private static Singleton_1 instance;
	
	private Singleton_1() {}
	
	public static Singleton_1 getSingleton() {
		if (instance == null) {
			instance = new Singleton_1();
		}
		
		return instance;
	}
}

这是最简单的方法，但是他是线程不安全的。当多个线程同时访问 getSingleton 这个方法的时候，Singleton_1 可能会创建多个对象，这就打破了singleton pattern 的原则。

方法二

package Chap5SingletonPattern;

public class Singleton_2 {
	private static Singleton_2 instance;
	
	private Singleton_2() {}
	
	public static synchronized Singleton_2 getSingleton() {
		if (instance == null) {
			instance = new Singleton_2();
		}
		
		return instance;
	}
}

通过添加 synchronized 关键字，我们把getSingleton 这个方法给转换成 thread safe 模式，这解决了线程安全问题，但是 synchronization 是比较消耗资源的，不仅如此，我们这里的线程安全指的是当多个线程同时并且第一次访问 getSingleton ，当第二次访问的时候就不存在问题。所以有点 overkill - 性能比较见。

方法三

package Chap5SingletonPattern;

public class Singleton_3 {
	private static Singleton_3 instance = new Singleton_3();
	
	private Singleton_3() {}
	
	public static Singleton_3 getSingleton() {
		return instance;
	}
}

我们依赖JVM 来创建 singleton object, 我们知道static variable 是在 JVM load class 的时候才会创建的所以这里保证了线程的安全. 他的性能和方法一的基本相同.

值得注意的是，JVM load class 只是load 要被使用的class。所以这种方法能造成一种情况就是我们创建了这个singleton object 但是没有任何一个 thread来的及使用它。这就造成了某种程度上的浪费。

方法四

package Chap5SingletonPattern;

public class Singleton_4 {
	private volatile static Singleton_4 instance;
	
	private Singleton_4() {}
	
	public static  Singleton_4 getSingleton() {
		if (instance == null) {
			synchronized(Singleton_4.class) {
				instance = new Singleton_4();
			}
		}
		
		return instance;
	}
}

这里我们同时使用了 volatile 和 synchronized 关键字 - Double-Chekced locking. 保证了我们就在第一次的时候进行锁操作，并且保证了当我们在某个进程的cache上实例化 singleton instance的时候，这个instance被扩散到所有的线程里面。

Synchronized 关键字的性能

通过运行以下代码发现，Singleton_1 (无syncronized 关键字）的运行时间大概在14ms；但是SIngleton_2（有关键字）的运行时间大概在38ms。差距hin大啊.

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package Chap5SingletonPattern;

public class main {
	public static void main(String[] args) {
		long startTime = System.currentTimeMillis();
		
		int threadNo = 1000000;
		main m = new main();
		
		for (int i = 0; i < threadNo; i++) {
			runtest r = m.new runtest();
			r.run();
		}
		
		long stopTime = System.currentTimeMillis();
		System.out.println(stopTime - startTime);
	}
	
	
	public class runtest implements Runnable {
		public runtest() {
		}
		public void run() {
			Singleton_1.getSingleton(); //Singleton_1 无synchronized 关键字，Singleton_2 有。
		}
	}
}

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