单例模式七种写法_转NULL 博文链接：https://kaka100.iteye.com/blog

文件名称: 单例模式七种写法_转

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详细说明：NULL 博文链接：https://kaka100.iteye.com/blog/1060519在早期,代价相当高。随着吏高级的JM的出现,同步的代价降低了,但出入 synchronized方法或块仍然有性能损失。不考虑JVM技术的进步,程序员们绝不想不必要地浪费处理时间。因为只有清单2中的2行需要同步,我们可以只将其包装到一个同步块中,如清单3所示: 清单3. getInstance0方法 public static Singleton getinstanceO if (instance synchronized(Singleton class)i instance= new Singleton( cturn instance 清单3中的代码展示了用多线程加以说明的和清单1相同的问题。当 instance为null时两个线程可以并发地进入if语句内部。然后,一个线程进入 synchronized块来初始化 instance,而另一个线程则被阻断。当第一个线程退出 synchronized块时,等待着的线程进入并创建另一个 Singleton对象。注意:当第一个线程进入 synchronized块时,它并没有检查 Instance是否非null 回页首双重检查锁定为处理清单3中的问题,我们需要对 instance进行第二次检查。这就是“双重检查锁定”名称的由来。将双重检查锁定习语应用到清单3的结果就是清单4。清单4.双重检查锁定示例 public static Singleton getInstanceO if (instance ==null) synchronized(Singleton class)i //1 if (instance==null instance=new Singleton(; //3 return instance 双重检查锁定背后的理论是:在〃2处的第二次检査使(如清单3中那样)创建两个不同的 Singleton对象成为不可能。假设有下列∮件序列: 9线程1进入 gctInstancc()方法。 10由于 Instance为null,线程1在m处进入 synchronized块。 1线程1被线程2预占。 12线程2进入 getlnstancer()方法。 13由于 Instance仍旧为nul,线程2试图获取∥l处的锁。然而,由于线程I持有该锁,线程2在1处阻塞。 14线程2被线程1预占 15线程执行,由于在∥2处实例仍旧为null,线程|还创建一个 Singleton对象并将其引用赋值给 instance 16线程1退出 synchronized块并从 getInstanceo方法返回实例。 17线程1被线程2预占。 18线程2获取1处的锁并检查 instancy是否为null I9由于 Instance是非mull的,并没有创建第二个 Singleton对象,由线程1创建的对象被返回。双重检查锁定背后的理论是完美的。不幸地是,现实完全不同。双里检查锁定的问题是:并不能保证它会在单处理器或多处理器计算机上顺利运行。双重检查锁定失败的问题并不归咎于JM中的实现bug,而是归咎于Java平台内存模型内存模型允许所谓的“无序写入”,这也是这些习语失败的个主要原因。回页首无序写入为解释该问题,需要重新考察上述清单4中的/3行。此行代码创建∫一个 Singleton对象并初始化变量 instance来引用此对象。这行代码的问题是:在 Singleton构造函数体行之前, 变量 Instance可能成为非mul的。什么?这一说法可能让您始料未及,但事实确实如此。在解释这个现象如何发生前,请先暂时接受这一事实,我们先来考察一下双重检查锁定是如何被破坏的。假设清单4中代码执行以下事件序列: 20线程1进入 getlnstancer()方法。 21由于 Instance为nul,线程1在∥处进入 synchronized块。 22线程1前进到/3处,但在构造函数执行之前,使实例成为非nul 23线程Ⅰ被线程2预占。 24线程2检查实例是否为null因为实例不为null,线程2将 instance引用返回给一个构造完整但部分初始化」的 Singleton对象 25线程2被线程1预占。 26线程1通过运行 Singleton对象的构造函数并将引用返回给它,米完成对该对象的初始化。此事件序列发生在线程2返回一个尚未执行构造函数的对象的时候。为展示此事件的发生情况,假设为代码行 instance= new singleton();执行了下列伪代码: instance -new Singleton( nem=allocate Allocate memory for Singleton object instance men //Note that instance is now non-null, but Zhas not been initialized ctorSingleton(instance) /Invoke constructor for Singleton passing 这段伪代码不仅是可能的,而且是些JII编译器上真实发生的。执行的顺序是颠倒的,但鉴于当前的內冇模型,这也是允许发生的。JT编译器的这一行为使双重检查锁定的问题只不过是次学术实践而已为说明这一情况,假设有清单5中的代码。它包含一个剥离版的 getlnstance0方法。我已经删除了“双重检查性”以简化我们刈生成的汇编代码(清单6)的回顾。我们只关心JIT编译器如何编译 instance- new singleton(;代码。此外,我提供了一个简单的构造函数来明确说明汇编代码中该构造函数的运行情况。清单5用于演示无序写入的单例类 class singleton private static Singleton instance private boolean in Use pI rivate int va private Singleton( Use= true val=5 public static Singleton getlnstanceo) if (instance ==nul instance=new Singleton return instance 清单6包含由 Sun jDK1.2.1JI编译器为清单5中的 gctInstanccO方法体生成的汇编代码清单6.由清单5中的代码生成的汇编代码 asm code generated for getInstance 054D20B0 moy eax,[049388C8 load instance ref 054D20B5 test eax. eax test for null 054D20B7 ne 054D20D7 054D20B9mov eax. 14c0988h 054D20BE call 503EF8F0 c allocate memory 054D20C3 mov 049388C8],eax Store pointer in instance rcf instance non-null and ctor as not run 054D20C8 mov ecx, dword ptr [eax 054D20C∧mov dword ptr [],I inline ctor-inUse=true 054D20D0 mov dword ptr [ecx+4 1, 5 inline ctor-val-=5 054D20D7 mov bx, dword ptr ds: [49388C8h 054D20DD mp 054D20B0 注:为引用下列说明中的汇编代码行,我将引用指令地址的最后两个值,因为它们都以054D20 开头。例如,B5代表 test eax,eax 江编代码是通过运行一个在无限循环屮调用 getInstance0方法的测试程序来生成的。程序运彳时,请运行 Microsoft visual c++调试器并将其附到表示测试程序的Java进程中。然后,中断执行并找到表示该无限循环的汇编代码。 B0和B5处的前两行汇编代码将 Instance引用从内存位置049388℃8加载至eax中,并进行null检查。这跟清单5中的 getInstance(方法的第一行代码相刈应。第一次调用此方法时, Instance为nul,代码执行到B9。BE处的代码为 Singleton对象从堆中分配内存,并将一个指向该块内冇的指针存储到eax中。下一行代码,C3,获取eax屮的指针并将其行储回内存位置为049388c8的实例引用。结果是, instance现在为非nl并引用一个有效的 Singleton 对象。然而,此对象的构造函数尚未运行,这恰是破坏双重检査锁定的情况。然后,在C8行处, Instance指针被解除引用并存储到ecx。CA和D0行表示内联的构造凶数,该构造函数将值true和5存储到 Singleton对象。如果此代码在执行C3行后且在完成该构造函数前被另一个线程中断,则双重检查锁定就会失败。不是所有的JIT编译器都生成如上代码。一些生成了代码,从而只在构造函数执行后使 instance 成为非null针对Java技术的 IBM SDK13版和 Sun jdK1.3都生成这样的代码。然而, 这并不意味着应该在这些实例中使用双重检査锁定。该习语失败还有一些其他原因。此外,您并不总能知道代码会在哪些JM上运行,而JT编译器总是会发生变化,从而生成破坏此习语的代码。回页首双重检查锁定:获取两个考虑到当前的双重检查锁定不起作用,我加入∫另一个版本的代码,如清单7所示,从而防止您刚才看到的无序写入问题。清单7.解决无序写入问题的尝试 public static Singleton getlnstanceO if (instance=null) synchronized(Singleton class)i /1 Singleton inst -instance if (inst== null synchronized( Singleton class)i /3 inst-new singleton(; /4 stance= inst /5 return instance: 看着淸单7中的代码,您应该意识到事情变得有点荒谬。请记住,创建双重检査锁定是为了避免对简单的三行 getlnstance(方法实现冋步。清单7屮的代码变得难于控制。另外,该代码没有解决问题。仔细检查可获悉原因。此代码试图避免无序写入问题。它试图通过引入局部变量inst和第二个 synchronized块来解决这一问题。该理论实现如下: 27线程1进入 getlnstance方法 28由于 Instance为ndl,线程1在处进入第个 synchronized块 29局部变量inst获取 instance的值,该值在∥2处为null 30由于inst为null线程1在3处进入第二个 synchronized块。 31线程1然后开始执行/4处的代码,同吋使inst为非nul,但在 Singleton的构造函数执行前。(这就是我们刚才看到的无序写入问题。) 32线程1被线程2预占。 33线程2进入 getlnstanceo方法。 34由于 instance为null线程2试图在/1处进入第一个 synchronized块。由于线程1 目前持有此锁,线程2被阻断。 35线程1然后完成/4处的执行 36线程1然后将一个构造完整的 Singleton对象在〃5处赋值给变量 instance,并退出这两个 synchronized块 37线程1返回 Instance 38然后执行线程2并在〃2处将 instance赋值给 inst 39线程2发现 instance为非nul,将其返回。这甲的关键行是/5。此行应该确保 Instance只为null或引用一个构造完整的 Singleton对象。该问题发生在理论和实际彼此背道而馳的情况下。由于当前内存模型的定义,清单7中的代码无效。Java语言规范( Java Language Specification JLS)要求不能将 synchronized块中的代码移出来。但是,并没有说不能将 synchronized块外面的代码移入 synchronized块中。 JII编译器会住这里看到个优化的机会。此优化会朋除14和/5处的代码,组合并且生成清单8中所示的代码清单8.从清单7中优化来的代码 public static Singleton gctInstanccO if (instance synchronized (Singletonclass)i 1 Singleton inst= instance 2 if(inst-=null) synchronized(singleton class) /3 ingleton() instance =new Singleton /instance= inst 5 return instance 如果进行此项优化,您将同样遇到我们之前讨论过的无序写入问题回页首用 volatile声明每一个变量怎么样? 另个想法是针对变量inst以及 instance使用关键字 volatile。根据JS(参见参考资料) 声明成 volatile的变量被认为是顺序一致的,即,不是重新排序的。但是试图使用 volatile来修止双重检查锁定的问题,公产生以下两个问题: 这里的问题不是有关顺序一致性的,而是代码被移动了,不是重新排序。即使考虑∫顺序·致性,大多数的JWM也没有正确地实现 volatile 第二点值得展开讨论。假设有清单9屮的代码: 清单9.使用了 volatile的顺序一致性 class test private volatile boolean stop- false private volatile int num=0 public void fool num=100; //This can happen second stop= true; //This can happen first public void barO num +=num: //num can==0 根据JS,由于stop和num被声明为 volatile,它们应该顺序一致。这意味着如果stop曾经是truc,num定曾被设置成100。尽管如此,因为许多JM没有实现 volatile的顺序致性功能,您就不能依赖此行为。因此,如果线程1调用foo并且线程2并发地调用bar, 则线程1可能在num被设置成为100之前将sop设置成true。这将导致线程见到sop是 true,前numn仍被设置成0。使用 volatile和64位变量的原子数述有另外一些问题,但这已超出了本文的讨论范围。有关此主题的更多信息,请参阅参考资料。回页首解决方案底线就是:无论以何种形式,都不应使用双重检查锁定,因为您不能保证它在任何JM实现上都能顺利运行。JSR-13是有关内存模型寻址问题的,尽管如此,新的内存模型也不会支持双重检查锁定。因此,您有两种选择: 接受如清单2中所示的 getInstance(方法的同步。放弃同步,而使用个stic字段选择项2如清单10屮所示清单10.使用 static字段的单例实现 private Vector v private boolean inUse private static Singleton instance =new Singleton( private Singleton( v= new Vector nUse true public static Singleton getlnstanceO return instance 清单10的代码没有使用同步,并且确保调用 static gctInstanccO)方法时才创建 Singleton。如果您的目标是消除同步,则这将是一个很好的选择。回贞首 String不是不变的蓥于无序写入和引用在构造函数执行前变成非mull的问题,您可能会考虑 String类。假设有下列代码 private String str; str=new String (" hello") String类应该是不变的。尽管如此,鉴于我们之前讨论的无序写入问题,那会在这里导致问题吗?答案是肯定的。考處两个线程访问 String str。一个线程能看见sr引用一个 String对象, 在该对象中构造函数尚未运行。事实上,清单I1包含展示这种情况发生的代码。注意,这个代码仅在我测试用的旧版JVM上会失败。IBM13和Sun1.3JVM都会如期生成不变的清单1l可变 String的例子 class string Creator extends thread Mutable String ms public String Creator(MutableString muts d public void rung whilc(truc) msstr=new String("hello") lass String Reader extends Thread Mutable String ms public StringRe ableString muts ms=muts, public void runo hile( true) if( (ms str equals(" hello"))) Systcm.out. printIn("'String is not immutable! " brcak

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