[zt]Singleton和Double-Checked Locking设计模式—UML图及代码实现

Singleton和Double-Checked Locking设计模式,分别指的是单例模式和双重检查锁模式，它们都可以用于确保某个类只有一个对象实例化。

两个模式的区别在于：Singleton模式用在单线程应用程序中，而Double-Checked Locking模式用于多线程模式。

一、Singleton模式

UML图：

代码：

1. package bupt.xujinliang.singletonpattern;
2. /**
3. *
4. * @author jin
5. *
6. */
7. public class SingletonExample {
8. public static void main(String[] args) {
9. Printer printer1 = Printer.getInstance();
10. Printer printer2 = Printer.getInstance();
11. if(printer1 == printer2) {
12. System.out.println("printer2 point to the same address with printer1");
13. } else {
14. System.out.println("printer2 point to different address with printer1");
15. }
16. }
17. }
18. class Printer {
19. private static Printer instance;
20. public Printer() {
21. System.out.println("Printer Constructor");
22. }
23. public static Printer getInstance() {
24. if(null == instance)
25. instance = new Printer();
26. return instance;
27. }
28. }

运行结果：

2.Double-Checked Locking模式

Double Check Locking模式是singleton的多线程版本，必须使用锁来锁定临界区，当多个线程存在访问临界区的意图时，保证了临界区只被访问一次。

首先介绍其在C/C++环境下的实现过程：

代码1：

1. Printer* get_instance(void)
2. {
3. lock();
4. if( instance == 0) {
5. instance = new Printer;
6. }
7. unlock();
8. return instance;
9. }

上述代码存在的问题是：无论是否已经初始化都要加锁,增加了负荷,已经没有所谓的并发性能了。

代码2：

1. Printer* get_instance(void)
2. {
3. if( instance == 0){
4. lock();
5. instance = new Printer;
6. unlock();
7. }
8. return instance;
9. }

上述代码存在的问题是：不能保证临界区只初始化一次,没能实现singleton的基本功能。

代码3：

1. Printer* get_instance(void)
2. {
3. if( instance == 0){
4. lock();
5. if( instance == 0 )
6. instance = new Printer;
7. unlock();
8. }
9. return instance;
10. }

这是比较完善的Double-Checked Locking模式实现的代码。

为什么叫做Double-Checked Locking呢？请看上述代码3，可以看到在加锁前后都对instance变量进行了检查，故谓之Double-Checked Locking。

那么在Java中的实现与在C/C++中不同吗？是的。

下面的的Java代码是不能够实现Double-Checked Locking模式的：

1. class Printer {
2. private static Printer resource ;
3. public static Printer getInstance(){
4. if(resource == null ){
5. synchronized (DoubleCheckedLockingExample.class) {
6. if(resource  == null ){
7. resource  = new Printer() ;
8. }
9. }
10. }
11. return resource ;
12. }
13. private Printer(){}
14. }

上面程序真正的问题是没有同步的情况下读取共享变量resource，并发的情况下对象的状态值有可能是过期无效的。要解决这个问题也很简单，把resource声明为volatile类型。volatile有什么作用？引用《java并发编程实战》的解析：

1. 当一个域声明为volatile类型后，编译器与运行时会监视这个变量：它是共享的，而且对它的操作不会与其他的内存操作一起被重排序。volatile变量不会缓存在寄存器或缓存在对其他处理器隐藏的地方。所以，读一个volatile类型的变量时，总会返回由某一线程所写入的最新值。

读取volatile变量比读取非volatile变量的性能几乎没有差别，不过需要注意的是volatile只能保证内存可见性，并不能保证原子性。

现给出Java在多线程下实现单个实例化对象的方法：

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

上述方法之所以有效，是因为内部类（Instance）将只被装载一次，所以只会创建一个对象。