一種性能改進(jìn)的方法

尋找一種性能改進(jìn)方法時(shí)，你可能會(huì)選擇像下面這樣重寫getInstance()方法：

public static Singleton getInstance() {
if(singleton == null) {
synchronized(Singleton.class) {
singleton = new Singleton();
}
}
return singleton;
}

這個(gè)代碼片段只同步了關(guān)鍵的代碼，而不是同步整個(gè)方法。然而這段代碼卻不是線程安全的。考慮一下下面的假定：線程1進(jìn)入同步塊，并且在它給singleton成員變量賦值之前線程1被切換。接著另一個(gè)線程進(jìn)入if塊。第二個(gè)線程將等待直到第一個(gè)線程完成，并且仍然會(huì)得到兩個(gè)不同的單例類實(shí)例。有修復(fù)這個(gè)問題的方法嗎？請(qǐng)讀下去。

雙重加鎖檢查

初看上去，雙重加鎖檢查似乎是一種使懶漢式實(shí)例化為線程安全的技術(shù)。下面的代碼片段展示了這種技術(shù)：

public static Singleton getInstance() {
if(singleton == null) {
synchronized(Singleton.class) {
if(singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}

如果兩個(gè)線程同時(shí)訪問getInstance()方法會(huì)發(fā)生什么？想像一下線程1進(jìn)行同步塊馬上又被切換。接著，第二個(gè)線程進(jìn)入if 塊。當(dāng)線程1退出同步塊時(shí)，線程2會(huì)重新檢查看是否singleton實(shí)例仍然為null。因?yàn)榫€程1設(shè)置了singleton成員變量，所以線程2的第二次檢查會(huì)失敗，第二個(gè)單例類實(shí)例也就不會(huì)被創(chuàng)建。似乎就是如此。
不幸的是，雙重加鎖檢查不會(huì)保證正常工作，因?yàn)榫幾g器會(huì)在Singleton的構(gòu)造方法被調(diào)用之前隨意給singleton賦一個(gè)值。如果在singleton引用被賦值之后而被初始化之前線程1被切換，線程2就會(huì)被返回一個(gè)對(duì)未初始化的單例類實(shí)例的引用。

一個(gè)改進(jìn)的線程安全的單例模式實(shí)現(xiàn)

例7列出了一個(gè)簡(jiǎn)單、快速而又是線程安全的單例模式實(shí)現(xiàn)：
例7.一個(gè)簡(jiǎn)單的單例類

public class Singleton {
public final static Singleton INSTANCE = new Singleton();
private Singleton() {
// Exists only to defeat instantiation.
}
}

這段代碼是線程安全的是因?yàn)殪o態(tài)成員變量一定會(huì)在類被第一次訪問時(shí)被創(chuàng)建。你得到了一個(gè)自動(dòng)使用了懶漢式實(shí)例化的線程安全的實(shí)現(xiàn);你應(yīng)該這樣使用它：

      Singleton singleton = Singleton.INSTANCE;
singleton.dothis();
singleton.dothat();
...

當(dāng)然萬事并不完美，前面的Singleton只是一個(gè)折衷的方案;如果你使用那個(gè)實(shí)現(xiàn)，你就無法改變它以便后來你可能想要允許多個(gè)單例類的實(shí)例。用一種更折哀的單例模式實(shí)現(xiàn)(通過一個(gè)getInstance()方法獲得實(shí)例)你可以改變這個(gè)方法以便返回一個(gè)唯一的實(shí)例或者是數(shù)百個(gè)實(shí)例中的一個(gè)．你不能用一個(gè)公開且是靜態(tài)的（public static)成員變量這樣做．

你可以安全的使用例７的單例模式實(shí)現(xiàn)或者是例１的帶一個(gè)同步的getInstance()方法的實(shí)現(xiàn)．然而，我們必須要研究另一個(gè)問題：你必須在編譯期指定這個(gè)單例類，這樣就不是很靈活．一個(gè)單例類的注冊(cè)表會(huì)讓我們?cè)谶\(yùn)行期指定一個(gè)單例類．

使用注冊(cè)表
使用一個(gè)單例類注冊(cè)表可以：

在運(yùn)行期指定單例類

防止產(chǎn)生多個(gè)單例類子類的實(shí)例
在例8的單例類中，保持了一個(gè)通過類名進(jìn)行注冊(cè)的單例類注冊(cè)表：
例8 帶注冊(cè)表的單例類

import java.util.HashMap;
import org.apache.log4j.Logger;
public class Singleton {
private static HashMap map = new HashMap();
private static Logger logger = Logger.getRootLogger();
protected Singleton() {
// Exists only to thwart instantiation
}
public static synchronized Singleton getInstance(String classname) {
if(classname == null) throw new IllegalArgumentException("Illegal classname");
Singleton singleton = (Singleton)map.get(classname);
if(singleton != null) {
logger.info("got singleton from map: " + singleton);
return singleton;
}
if(classname.equals("SingeltonSubclass_One"))
singleton = new SingletonSubclass_One();
else if(classname.equals("SingeltonSubclass_Two"))
singleton = new SingletonSubclass_Two();
map.put(classname, singleton);
logger.info("created singleton: " + singleton);
return singleton;
}
// Assume functionality follows that's attractive to inherit
}

這段代碼的基類首先創(chuàng)建出子類的實(shí)例，然后把它們存儲(chǔ)在一個(gè)Map中。但是基類卻得付出很高的代價(jià)因?yàn)槟惚仨殲槊恳粋€(gè)子類替換它的getInstance()方法。幸運(yùn)的是我們可以使用反射處理這個(gè)問題。

使用反射

在例9的帶注冊(cè)表的單例類中，使用反射來實(shí)例化一個(gè)特殊的類的對(duì)象。與例8相對(duì)的是通過這種實(shí)現(xiàn)，Singleton.getInstance()方法不需要在每個(gè)被實(shí)現(xiàn)的子類中重寫了。
例9 使用反射實(shí)例化單例類

import java.util.HashMap;
import org.apache.log4j.Logger;
public class Singleton {
private static HashMap map = new HashMap();
private static Logger logger = Logger.getRootLogger();
protected Singleton() {
// Exists only to thwart instantiation
}
public static synchronized Singleton getInstance(String classname) {
Singleton singleton = (Singleton)map.get(classname);
if(singleton != null) {
logger.info("got singleton from map: " + singleton);
return singleton;
}
try {
singleton = (Singleton)Class.forName(classname).newInstance();
}
catch(ClassNotFoundException cnf) {
logger.fatal("Couldn't find class " + classname);
}
catch(InstantiationException ie) {
logger.fatal("Couldn't instantiate an object of type " + classname);
}
catch(IllegalAccessException ia) {
logger.fatal("Couldn't access class " + classname);
}
map.put(classname, singleton);
logger.info("created singleton: " + singleton);
return singleton;
}
}

關(guān)于單例類的注冊(cè)表應(yīng)該說明的是：它們應(yīng)該被封裝在它們自己的類中以便最大限度的進(jìn)行復(fù)用。


封裝注冊(cè)表

例10列出了一個(gè)單例注冊(cè)表類。
例10 一個(gè)SingletonRegistry類

import java.util.HashMap;
import org.apache.log4j.Logger;
public class SingletonRegistry {
public static SingletonRegistry REGISTRY = new SingletonRegistry();
private static HashMap map = new HashMap();
private static Logger logger = Logger.getRootLogger();
protected SingletonRegistry() {
// Exists to defeat instantiation
}
public static synchronized Object getInstance(String classname) {
Object singleton = map.get(classname);
if(singleton != null) {
return singleton;
}
try {
singleton = Class.forName(classname).newInstance();
logger.info("created singleton: " + singleton);
}
catch(ClassNotFoundException cnf) {
logger.fatal("Couldn't find class " + classname);
}
catch(InstantiationException ie) {
logger.fatal("Couldn't instantiate an object of type " +
classname);
}
catch(IllegalAccessException ia) {
logger.fatal("Couldn't access class " + classname);
}
map.put(classname, singleton);
return singleton;
}
}

注意我是把SingletonRegistry類作為一個(gè)單例模式實(shí)現(xiàn)的。我也通用化了這個(gè)注冊(cè)表以便它能存儲(chǔ)和取回任何類型的對(duì)象。例11顯示了的Singleton類使用了這個(gè)注冊(cè)表。
例11 使用了一個(gè)封裝的注冊(cè)表的Singleton類

import java.util.HashMap;
import org.apache.log4j.Logger;
public class Singleton {
protected Singleton() {
// Exists only to thwart instantiation.
}
public static Singleton getInstance() {
return (Singleton)SingletonRegistry.REGISTRY.getInstance(classname);
}
}

上面的Singleton類使用那個(gè)注冊(cè)表的唯一實(shí)例通過類名取得單例對(duì)象。
現(xiàn)在我們已經(jīng)知道如何實(shí)現(xiàn)線程安全的單例類和如何使用一個(gè)注冊(cè)表去在運(yùn)行期指定單例類名，接著讓我們考查一下如何安排類載入器和處理序列化。