JavaEE设计模式——单例模式(饿汉模式、懒汉模式)安全问题

以你之姓@ 2024-03-24 12:42 99阅读 0赞

单例模式，是一种经典的设计模式，在校招中最常考的设计模式之一。设计模式就像是软件开发中的棋谱，是大佬们针对一些常见场景，总结出来的代码的编写套路~~

##  ##

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

**目录**

一、设计模式的概念

二、单例模式的概念

2.1懒汉模式（从容）

2.2饿汉模式（急迫）

2.3计算机中的例子

三、饿汉模式代码实现

四、懒汉模式代码实现

五、懒汉模式和饿汉模式的线程安全问题

5.1解决方法一

5.2解决方法二

5.3解决方法三

六、懒汉模式指令重排序问题

七、总结单例模式

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

## 一、设计模式的概念 ##

> 什么是设计模式：
> 
> 设计模式好比象棋中的 "棋谱".，红方当头炮， 黑方马来跳， 针对红方的一些走法， 黑方应招的时候有一些固定的套路，按照套路来走局势就不会吃亏
> 
> 就是大佬们总结的一些固定的套路，按照这个套路来实现代码，也不会吃亏

## **二、单例模式的概念** ##

> **单例 => 单个实例（instance）对象。**类的实例，就是对象，单例就是一个程序中，某个类，只创建出一个实例（一个对象），不能创建多个对象。
> 
> Java中的单例模式，借助Java语法，保证某个类，只能够创建出一个实例，而不能new多次，一般单例模式分为懒汉模式和饿汉模式~~

#### 2.1懒汉模式（从容） ####

> 那么懒汉模式是什么？比如说，吃完饭之后需要洗碗，如果是懒汉模式，就会把碗放到一边，等到下一顿吃的时候，需要用到碗了再洗~~用几个碗洗几个碗~~

#### 2.2饿汉模式（急迫） ####

> 那么饿汉模式又是什么？比如说，吃完饭之后需要洗碗，饿汉模式就会立即去洗碗~~全都洗了~

#### 2.3计算机中的例子 ####

> 打开一个硬盘上的文件，读取文件内存，并显示出来；
> 
> 饿汉：把文件所有内容都读取到内存中，并显示
> 
> 懒汉：只把文件读一小部分，把当前屏幕填充上，如果用户翻页了，再读其他文件内容，如果不翻页，就省下了~
> 
> 假设文件非常大，饿汉可能要打开半天，懒汉就可以快速打开~

## 三、饿汉模式代码实现 ##

//把这个类设定成单例的~~
    class Singleton{
        //唯一实例的本体
        private static Singleton instance = new Singleton();
    
        //获取实例的方法
        public static Singleton getInstance(){
            return instance;
        }
    
        //禁止外部 new 实例
        private Singleton(){
    
        }
    }

![958e8d12f286450980d56e9d74053933.png][]

**唯一实例对象，被static修饰，该属性是类的属性，JVM中，每个类的类对象只有一份~~**

![f0ab9cae186e40118aec0c6100a44b6e.png][]

**此处需要把new操作禁止掉！！设为private即可！！**

## 四、懒汉模式代码实现 ##

class SingletonLazy{
        private static SingletonLazy instance = null;
    
        public static SingletonLazy getInstance(){
            if (instance == null){
                instance = new SingletonLazy();
            }
            return instance;
        }
    
        private SingletonLazy(){
        }
    }
    public class ThreadDemo3 {
        public static void main(String[] args) {
            SingletonLazy s1 = SingletonLazy.getInstance();
            SingletonLazy s2 = SingletonLazy.getInstance();
        }
    }

> **只需要在调用方法的时候才创建对象~~**

## 五、懒汉模式和饿汉模式的线程安全问题 ##

![768a00b0dbea424e9043488fc3bff679.png][]

> 只是单纯的读操作，不是修改操作，不会触发线程安全问题！！！所以是安全的

![7073ab5e93ce4b0ba90391cfffb9f24e.png][]

> 如果多个线程下调用getInstance，懒汉模式就会出现问题，可能无法保证创建对象的唯一性！

![c40c63b5f809424ea4562fdd5d5c8855.png][]

> 假如N个线程，同时调用getInstance方法，可能就搞出N个对象了！！！
> 
> 那么如何解决这种安全问题？

#### 5.1解决方法一 ####

> 加锁~~~
> 
> ![b4dd737975d0404b9958bb3f3ea5a9a9.png][]
> 
> 保证判定和new是一个原子操作

**加锁其实是一个比较低效的操作（加锁就可能涉及到阻塞等待），非必要，不加锁~~~**

#### 5.2解决方法二 ####

> ![26bc237ec6a54f1491e9444dd1bc41b2.png][]
> 
> **也可以保证判定和new是一个原子操作，但是任何时候调用getInstance都会触发锁的竞争~~**

其实此处的线程不安全，只出现在首次创建对象这里，一旦对象new好了，后续调用getInstance，就只是单纯的读操作，就没有线程安全问题，就没必要再加锁了！！

#### 5.3解决方法三 ####

> ![63a22421b8d740a084d93b47ff84927b.png][]
> 
> 双重if判断，这俩if条件目的是不同的，这俩个条件看起来代码一样，实际上他俩的执行时机，差别很大，因为if中间隔了个synchronized，加锁可能导致阻塞，什么时候解除阻塞，沧海桑田~~
> 
> **第一个if为了判断是否需要加锁**
> 
> **第二个if为了创建对象**
> 
> 虽然俩个条件相同，但是如果调用的时间间隔长了，结果也可能会不同

## 六、懒汉模式指令重排序问题 ##

> 代码中可能还会触发指令重排序问题~~
> 
> 俩个线程同时调用getInstance方法时：
> 
> ![fc83b6f32a2946d68cdf61465d03d4d3.png][]
> 
> 这个操作可能会触发指令重排序~~
> 
> **1.创建内存（买房子）**
> 
> **2.调用构造方法（装修）**
> 
> **3.把内存地址，付给引用（拿到钥匙）**

> 当指令这样执行时：
> 
> ![134307a5c2c442e0b36397b5174c6f99.png][]
> 
> 此时系统调度给t2了，再去判断条件，发现条件不成立，非空，直接返回实例的引用，接下来t2继续调用后续方法，可能就都是将错就错了！！！
> 
> **因为t2还是个没装修的毛坯房**

> 当然为了解决这个问题，加上volatile关键字就会避免
> 
> ![c481b774948e4b67b3bbd2b78aefdb20.png][]

当然这个过程也是个小概率事件~~

## 七、总结单例模式 ##

> 单例模式，线程安全问题：
> 
> 饿汉模式：天然就是安全的，只有读操作
> 
> 懒汉模式：不安全的，有读也有写
> 
> 1.加锁：把if和new变成原子操作
> 
> 2.双重if：减少不必要的加锁操作
> 
> 3.使用volatile禁止指令重排序，保证后续线程拿到的是完整对象

##  ##

[958e8d12f286450980d56e9d74053933.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/24/35555116950f4588a93286b8c7af42f4.png
[f0ab9cae186e40118aec0c6100a44b6e.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/24/275188eae9f843a8a4c5c7a3f563cf9d.png
[768a00b0dbea424e9043488fc3bff679.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/24/84aae7ad6c3a40ec8a22409f2c5d8fdc.png
[7073ab5e93ce4b0ba90391cfffb9f24e.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/24/d103080c9b63466e881731abe09cfef8.png
[c40c63b5f809424ea4562fdd5d5c8855.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/24/bd875d4c985f40eba0a108cc230fbaeb.png
[b4dd737975d0404b9958bb3f3ea5a9a9.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/24/38ceb1b6aba44172af8235b2692e4a6a.png
[26bc237ec6a54f1491e9444dd1bc41b2.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/24/c8a296e3f9c446f1957960a5043e27a5.png
[63a22421b8d740a084d93b47ff84927b.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/24/93853222498f45fc885bf04a77035663.png
[fc83b6f32a2946d68cdf61465d03d4d3.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/24/e5386e7ac3894b47bc4da736c60fb391.png
[134307a5c2c442e0b36397b5174c6f99.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/24/a39dc7845840469dbc864911ac8a9dba.png
[c481b774948e4b67b3bbd2b78aefdb20.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/24/89e8740686074e14932b0224b0b4d480.png