设计模式-单例模式

1 单例模式介绍

单例模式是应用最广的模式之一，在应用这个模式时，单例对象的类必须保证只有一个实例存在。许多时候整个系统只需要拥有一个全局对象，这样有利于我们协调系统整体的行为。例如,创建一个对象需要消耗过多资源，如要访问IO、数据库等资源时就需要考虑使用单例模式

2 单例模式定义

确保一个类只有一个实例，并且提供一个全局访问点。

3 单例模式的使用场景

在一个系统中，要求一个类有且仅有一个对象，具体使用场景：

• 整个项目需要一个共享访问点或共享数据。
• 创建一个对象需要消耗的资源过多，比如访问I/O、数据库等资源。
• 工具类对象。

4 单例模式使用示例

单例模式有多种写法，我们分别看下:

4.1 饿汉模式

public class Singleton {
    private static Singleton mInstance = new Singleton();
    //构造函数
    private Singleton(){
    }
    //共有静态函数，对外暴露获取单例对象的接口
    public static Singleton getInstance(){
        return mInstance;
    }
}

这种方式在类加载时就完成了初始化，所以类加载较慢，但是获取对象的速度快。这种方式基于类加载机制，避免了多线程的同步问题。如果从来没有使用过这个实例，则会造成内存的浪费。

4.2 懒汉模式

懒汉模式声明一个静态对象，在用户第一次调用时初始化。而上述的饿汉模式是在声明静态对象的时候初始化的。 懒汉模式的的两种实现方式如下：

4.2.1（线程不安全）

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

这种懒汉模式虽然节约了资源，到那时第一次加载时需要实例化，反应稍慢些。但是在多线程的时候不能保证唯一性。

4.2.2（线程安全）

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

我们可以发现在getInstance方法中添加了synchronized关键字，即getInstance方法是一个同步方法，可以在多线程情况下保证单例对象的唯一性。而每次调用getInstance方法都会进行同步造成不必要的同步开销，而我们大部分时候是用不到同步的。所以这种模式一般不建议使用。

4.3 双重检查模式（DCL）

Double Check Lock(DCL) 方式实现单例模式的优点是既能够在需要时才实例化，又能够保证线程的安全，且单例对象初始化后调用getInstance不进行同步锁。如下示例：

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

我们可以看到getInstance方法中对mInstance进行了两次判空，第一次判断主要是为了避免不必要的同步，第二层的判断是为了在null的情况下创建实例。因为在某些情况下会出现失效问题即DCL失效问题，可以使用volatile关键字处理这个问题。使用volatile或多或少的会影响到性能，但是考虑到程序的正确性，牺牲这点性能还是值得的。

DCL的优点：资源利用效率高，第一次执行getInstance时店里对象才被实例化，效率高。
DCL的缺点:第一次加载时反应稍慢，在高并发环境下也有一定的缺陷。

4.4 静态内部类的单例模式

public class Singleton {
    private Singleton() {
    }
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHoler.sInstance;
    }
    private static class SingletonHoler{
        private static final Singleton sInstance = new Singleton();
    }
}

Java静态内部类的特性是，加载的时候不会加载内部静态类，使用的时候才会进行加载。
第一次加载Singleton类时并不会初始化sInstance，只有第一次调用getInstance方法时虚拟机加载SingletonHolder并初始化sInstance。这样不仅能确保线程安全，也能保证Singleton类的唯一性。所以，推荐使用静态内部类单例模式。

4.5 枚举单例模式

public enum Singleton {
    INSTANCE;
}

外部调用由原来的Singleton.getInstance变成了Singleton.INSTANCE了。

默认枚举实例的创建是线程安全的，并且在任何情况下都是单例。枚举单例的有点就是简单，缺点是可读性不高。

5 总结

单例模式是运用频率很高的模式，在我们客户端通常是没有高并发的情况，所以选择哪种方式并不会有太大的影响。出于效率考虑，推荐使用静态内部类的单例模式和DCL的单例模式。

优点：

• 由于单例模式在内存中只有一个实例，减少内存开支，特别是一个对象需要频繁创建、销毁时，而且创建或销毁时性能又无法优化，单例模式的优势就十分明显。
• 由于单例模式只生成一个实例，所以减少了系统的性能开销，当一个对象的产生需要比较多的资源时，如读取配置、产生其他依赖对象时，则可通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后用永久驻留的方式解决。
• 单例模式可以避免对资源的多重占用，如一个文件的操作，由于只有一个实例存在内存中，避免对同一个资源文件的同时操作。
• 单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问。例如，可以设计一个单例类，负责所有数据表的映射处理。

缺点：

• 单例模式一般没有接口，扩展很困难，除非修改代码。
• 单例对象如果持有Context，那么很容易引发内存泄露，此时需要注意传递给单例对象的Context最好是Application Context。