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用好单例设计模式,代码性能提升300%转载

5月前
200001

文章来源:石杉的架构笔记原创文章

 

目录

  • 一次请求执行流程

  • java 代码是如何运行的?

  • 堆内存满了后怎么办?

  • 用单例模式如何优化系统性能呢?

 

大家好,今天给大家分享一个写代码的设计模式,就是我们最最耳熟能详的单例设计模式。

 

可能很多人都听说过这个单例设计模式了,甚至都写的贼溜,但是今天给大家说说用这个单例设计模式,咱们是怎么把代码的性能大幅度提升的,单例模式跟代码性能的关系,恐怕很多兄弟还没认真研究过呢!

 

一次请求执行流程

 

首先我们先来看看什么叫做单例模式,要理解单例模式,我们就得先说说不用单例模式的时候,我们平时创建对象是怎么弄的。

 

平时创建对象这个简单吧,比如我们搞一个对外的 web 接口,然后再接口收到一个请求的时候,就创建一个对象。

 

这个伪代码如下:
@RestController("/user")
public class Controller {

  private UserService userService;

  @RequestMapping("/create")
  public Response create(CreateUserRequest request) {
    User user = new User(request);

    UserService userService = new UserService();
    userService.add(user);

    return Response.success();
  }

}

 

上面那段代码极为的简单,假设你有一个 Controller 对外提供一个 http 接口,然后每次你通过浏览器发送一个创建用户的请求。

 

也就是针对/user/create 这个 url 的请求,发送一个 CreateUserRequest 请求参数,代码里就会通过 new 关键字,搞出来一个 User 对象。

 

然后再通过new关键字创建一个 UserService 组件来,接着把 User 对象交给 UserService 组件去插入这个用户数据到数据库里去,这段代码基本但凡是懂 java 的应该都能看懂。

 

但是这里有一个问题,大家知道每次处理请求的时候,这段代码运行他会干什么事情吗?

 

其实有一个最关键的点就是,他每次请求过来都会在内存里创建一个 User 对象和一个 UserService 对象,那这些对象是如何创建的呢?

 

java 代码是如何运行的?

 

下面就得给大家来揭秘一下这个代码运行的底层原理了,首先呢,当我们启动一个 Java 程序的时候,一定会启动一个 JVM 进程。

 

比如说上面那段代码,你可能是通过 SpringBoot 这类框架用 main 方法启动的,也可能是把他打包以后放到 Tomcat 里去运行的。

 

如果你是直接运行 main 方法来启动的,那么就会直接启动一个 JVM 进程,如果你是把代码打包以后放 Tomcat 里运行的,那么 Tomcat 自己本身就是一个 JVM 进程。

 

如下图:

接着呢,其实你启动的 JVM 进程,会把你写好的代码加载到内存里来然后运行你写的代码,你的代码运行起来以后,他就可以**希望他干的事情了,比如说接收浏览器发送的 http 请求,然后创建一些对象,插入数据库等等。

 

如下图所示:

那么这个时候,有一个很关键的点,就是你的代码运行的时候用 new User() 和 new UserService() 创建出来的对象扔哪儿去了?

 

很简单,你的 JVM 进程是有一块自己的内存区域可以用的,而且就他可以用,这块区域叫做堆内存。

 

这就类似于咱们自己家盖个小别墅,弄一块院子自己可以在里面种花种草一样,别人不能在你家院子里种黄瓜和大蒜,对不对?

 

如下图:

那么接着呢,上面我们写的那段代码,大家注意一下,每次收到一个请求,都会创建一个 User 对象和一个 UserService 对象,对不对?

 

所以说,随着你不停的发送请求不停的发送请求,咱们的代码是不是会不停的创建对象不停的创建对象,然后咱们的堆内存里,对象是不是就会变的越来越多,越来越多?

 

如下图:

堆内存满了后怎么办?

 

那么我问大家一个问题,堆内存是一块内存空间,他是可以无限制的一直放入对象的吗?

 

当然不是了,当你的对象越来越多,太多的时候,就会把这块内存空间给塞满,塞满了以后他就放不下新的对象了,这个时候怎么办呢?

 

他会触发一个垃圾回收的动作,就是 JVM 进程自己偷偷摸摸开了一个垃圾回收线程,这个线程就专门盯着我们的堆内存,感觉他快满了,就把里面的对象清理掉一部分,这就叫做垃圾回收。

 

如下图:

但是每次垃圾回收都有一个问题,他因为要清理掉一些对象,所以往往会在清理对象的时候,避免你再创建新的对象了。

 

不然就跟你妈妈打扫你的房间一样,人家一边在打扫垃圾,结果你还不停的吃东西往地下扔垃圾,你妈妈不打你**才怪,对吧?所以一般垃圾回收的时候,会让 JVM 进程停止工作,别创建新的对象了。

 

如下图:

那么在垃圾回收进行中,JVM 进程停止运行的这个期间,是不是会导致一个问题,那就是你的用户发送过来的请求就没人处理了。

 

没错,这个时候用户会感觉每次发送请求那是卡住,一直卡着没有返回,此时系统性能是处于一个极差的状态的。

 

如下图:

用单例模式如何优化系统性能呢?

 

那么这个时候问题来了,回到这篇文章的主体,就是用单例模式如何优化系统性能呢?

 

其实针对上面的问题,很多小伙伴可能已经发现了,如果想要优化系统性能,有一个关键的点就是尽量创建少一些的对象,避免堆内存频繁的塞满,也就可以避免频繁的垃圾回收,更可以避免频繁的 JVM 进程停顿,进而避免系统请求频繁的卡顿无响应。

 

那如何少创建一些对象呢?单例模式就是一个很好的办法了,对于我们来说,其实完全可以让 UserService 这个对象就只创建一次,不要每次请求重复的创建他。

 

让一个对象就创建一次,就是单例模式,单例模式有很多种写法,其中一种写法如下:
@RestController("/user")
public class Controller {

  private UserService userService;

  @RequestMapping("/create")
  public Response create(CreateUserRequest request) {
    User user = new User(request);

    UserService userService = UserSerivce.getInstance();
    userService.add(user);

    return Response.success();
  }

}

public class UserService {

  private UserService() {}

  private static class Singleton {
    static UserService userService = new UserService(); 
  }

  public static UserService getInstance() {
    return Singleton.userService;
  }

}

 

 

大家可以看到上面的代码,我们在 UserService 中定义了一个私有化的静态内部类 Singleton,在 Singleton 里定义了一个静态变量 UserService 对象。

 

这样的话,Singleton 这个类只会被加载一次,只有类加载的时候才会实例化一个静态变量 UserService 对象,后续每次通过 getInstance() 方法都是直接获取这唯一一个对象就可以了,不会重复创建对象。

 

这就是单例模式的一种写法,也是企业开发中最常用的一种写法,用了单例模式后,就可以大幅度降低我们创建的对象数量,避免堆内存频繁塞满,频繁垃圾回收,频繁 JVM 进程停顿影响请求性能,这样往往可以帮助我们更好的提升系统的性能。

 

作者:石杉的架构笔记

文章来源:微信公众号

原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/nabonC0NLRb8PJB1Jgs6Cg

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