जावा में सही सिंगलटन

मुझे यकीन है कि प्रत्येक पाठक जानता है कि "सिंगलटन" डिज़ाइन पैटर्न क्या है, लेकिन हर कोई यह नहीं जानता कि इसे कुशलतापूर्वक और सही तरीके से कैसे प्रोग्राम किया जाए। यह लेख इस मुद्दे पर मौजूदा ज्ञान को एकत्र करने का एक प्रयास है।

इसके अलावा, आप लेख को पहले हब्रहाब्र पर प्रकाशित उल्लेखनीय अध्ययन की निरंतरता के रूप में मान सकते हैं।

जावा में आलसी सिंगलटन

लेखक सामान्य आरंभ के साथ टेम्पलेट को लागू करने के दो तरीके जानता है।

1 स्थैतिक क्षेत्र

public class Singleton { public static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); } 

+ सरल और पारदर्शी कार्यान्वयन
+ थ्रेड सुरक्षा
- कोई आलसी आरंभीकरण नहीं

2 एनुम सिंगलटन

जोशुआ बलोच के अनुसार, यह टेम्प्लेट को लागू करने का सबसे अच्छा तरीका है [1]।

 public enum Singleton { INSTANCE; } 

+ मजाकिया
+ बॉक्स से बाहर सीरियल
+ थ्रेड सुरक्षा बॉक्स से बाहर
+ EnumSet, EnumMap, आदि का उपयोग करने की क्षमता
+ समर्थन स्विच करें
- कोई आलसी आरंभीकरण नहीं

जावा में आलसी सिंगलटन

लेखन के समय, जावा में आलसी आरंभीकरण के साथ सिंगलटन टेम्पलेट के कम से कम तीन वैध कार्यान्वयन हैं।

1 सिंक्रोनाइज़्ड एक्सेसर

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

+ आलसी आरंभीकरण
- सबसे सामान्य पहुंच में कम उत्पादकता (महत्वपूर्ण खंड)

2 डबल जाँच ताला और अस्थिर

 public class Singleton { private static volatile Singleton instance; public static Singleton getInstance() { Singleton localInstance = instance; if (localInstance == null) { synchronized (Singleton.class) { localInstance = instance; if (localInstance == null) { instance = localInstance = new Singleton(); } } } return localInstance; } } 

+ आलसी आरंभीकरण
+ उच्च प्रदर्शन
- केवल JDK 1.5 [5] के साथ समर्थित

2.1 यह अस्थिरता के बिना क्यों काम नहीं करेगा?

डबल चेक्ड लॉक मुहावरे की समस्या जावा मेमोरी मॉडल में निहित है, और अधिक सटीक रूप से उस क्रम में जिसमें ऑब्जेक्ट बनाए जाते हैं। आप निम्न चरणों में इस आदेश की कल्पना कर सकते हैं [2, 3]:

हम एक नया छात्र बनाते हैं: छात्र s = नया छात्र (), फिर

1) local_ptr = malloc (sizeof (छात्र)) // ऑब्जेक्ट के लिए मेमोरी आवंटन;
2) s = local_ptr // सूचक का आरंभीकरण;
3) छात्र :: ctor (s); // वस्तु का निर्माण (खेतों का आरम्भिकरण);

इस प्रकार, दूसरे और तीसरे चरण के बीच, एक स्थिति संभव है जिसमें एक और धागा प्राप्त कर सकता है और उपयोग करना शुरू कर सकता है (इस शर्त के आधार पर कि सूचक शून्य नहीं है) एक अपूर्ण निर्मित वस्तु। वास्तव में, इस समस्या को JDK 1.5 [5] में आंशिक रूप से हल किया गया था, हालांकि, JSR-133 [5] के लेखक डबल चेस लॉकड के लिए अस्थिरता का उपयोग करने की सलाह देते हैं। इसके अलावा, इस तरह की चीजों के बारे में उनके रवैये को विनिर्देश पर टिप्पणी से आसानी से पता लगाया जा सकता है:

कई सामान्य लेकिन संदिग्ध कोडिंग मुहावरे मौजूद हैं, जैसे कि डबल-चेक्ड लॉकिंग मुहावरे, जो थ्रेड्स को बिना सिंक्रनाइज़ेशन के संचार करने की अनुमति देने के लिए प्रस्तावित हैं। लगभग ऐसे सभी मुहावरे मौजूदा शब्दार्थ के तहत अमान्य हैं, और प्रस्तावित शब्दार्थ के तहत अमान्य बने रहने की उम्मीद है।

इस प्रकार, हालांकि समस्या को हल कर लिया गया है, लेकिन अस्थिर के बिना डबल चेक्ड लॉक का उपयोग करना बेहद खतरनाक है। कुछ मामलों में, JVM के कार्यान्वयन, ऑपरेटिंग वातावरण, अनुसूचक इत्यादि के आधार पर, यह दृष्टिकोण काम नहीं कर सकता है। हालाँकि, लेखक द्वारा JIT द्वारा निर्मित कोडांतरक कोड को देखने के साथ प्रयोगों की एक श्रृंखला इस तरह के मामले को उठाने में विफल रही।

अंत में, डबल चेक्ड लॉक का उपयोग अपरिवर्तनीय वस्तुओं (स्ट्रिंग, इंटेगर, फ्लोट, आदि) के अपवाद के बिना किया जा सकता है।

3 मांग धारक मुहावरे पर

 public class Singleton { public static class SingletonHolder { public static final Singleton HOLDER_INSTANCE = new Singleton(); } public static Singleton getInstance() { return SingletonHolder.HOLDER_INSTANCE; } } 

+ आलसी आरंभीकरण
+ उच्च प्रदर्शन
- गैर-स्थैतिक वर्ग फ़ील्ड के लिए उपयोग नहीं किया जा सकता है

प्रदर्शन

उपरोक्त विधियों के प्रदर्शन की तुलना करने के लिए, एक माइक्रो-बेंचमार्क का उपयोग किया गया था [6], जो दो समानांतर थ्रेड्स से एक सिंगलटन ऑब्जेक्ट पर प्रति सेकंड प्राथमिक संचालन (फ़ील्ड वेतन वृद्धि) की संख्या निर्धारित करता है।

माप दोहरे दोहरे इंटेल कोर 2 डुओ T7300 2GHz मशीन, 2 जीबी रैम और जावा हॉटस्पॉट (टीएम) क्लाइंट वीएम (17.0-बी 17 का निर्माण) पर किए गए थे। गति की एक इकाई के लिए, वेतन वृद्धि की संख्या (और इसलिए, ऑब्जेक्ट कैप्चर) प्रति सेकंड * 100,000 माना जाता है।

(अधिक बेहतर है)

	ग्राहक	सर्वर
सिंक्रोनाइज्ड एक्सेसर	42.6	86.3
डबल चेक्ड लॉक और वाष्पशील	179.8	202.4
मांग करने वाले पर	181.6	202.7

निष्कर्ष: यदि आप टेम्पलेट का सही कार्यान्वयन चुनते हैं, तो आप 2x से 4x तक त्वरण (गति) प्राप्त कर सकते हैं।

सारांश

हम "लोनेर" टेम्प्लेट [1] को लागू करने के लिए इस या उस दृष्टिकोण का उपयोग करने पर निम्नलिखित छोटे सुझावों को अलग कर सकते हैं।

1) जहां भी संभव हो, सामान्य (आलसी नहीं) का उपयोग करें;
2) स्थिर क्षेत्रों के लिए डिमांड होल्डर मुहावरे का उपयोग करें;
3) सरल क्षेत्रों के लिए डबल चेडकेड लॉक और वाष्पशील मुहावर का उपयोग करें;
4) अन्य सभी मामलों में, सिंक्रोनाइज़्ड एक्सेसर का उपयोग करें;

जावा क्लास लाइब्रेरी और सिंगलटन

यह उल्लेखनीय है कि जावा क्लास लाइब्रेरी के डेवलपर्स ने टेम्पलेट को कार्यान्वित करने का सबसे आसान तरीका चुना है - सिंक्रोनाइज्ड एक्सेसर। एक ओर, यह संगतता और उचित संचालन की गारंटी है। दूसरी ओर, यह प्रत्येक कॉल के साथ महत्वपूर्ण अनुभाग में प्रवेश करने और बाहर निकलने के लिए प्रोसेसर समय का नुकसान है।

स्रोत द्वारा एक त्वरित grep खोज ने यह स्पष्ट कर दिया कि JCL में बहुत सारे ऐसे स्थान हैं।

शायद अगला लेख "क्या होगा यदि जावा क्लास लाइब्रेरी में सभी सिंग्लटन वर्ग सही ढंग से लिखे गए हों?" :)

लिंक
[१] जोशुआ बलोच, Google I / O 2008 में प्रभावी जावा रीलोडेड वार्ता ( वीडियो );
[२] डबल-चेकिंग लॉकिंग और सिंगलटन पैटर्न ;
[३] "डबल-चेक्ड लॉकिंग टूटी हुई है" घोषणा ;
[४] en.wikipedia.org/wiki/Double-checked_locking
[५] जेएसआर -१३३
[६] माइक्रोबेनमार्क कैसे लिखें