Kotlin中的单例实现
单例模式需要保证类只存在一个实例, 通常用来节约资源或者保证一致的状态.
单例的实现首先主要是通过私有构造, 保证了类不能在外部被随意实例化.
在Java中实现单例会利用静态方法, 来返回唯一的对象, Kotlin中没有静态了, 写法是什么样呢?
Java中的单例实现
我们先来回忆一下Java中的几种实现.
方法1:
/**
* 单例实现方法1:
* <p>
* 缺点: 多线程的情况存在问题, 可能会创建出多个对象.
*/
public class Singleton1 {
private static Singleton1 instance;
private Singleton1() {
}
public static Singleton1 getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton1();
}
return instance;
}
}
这种方法是最简单的, 什么也没考虑, 就需要实例的时候检查是否已经被创建, 如果没有就创建一个实例, 然后返回这个实例.
在多线程使用的时候, 有可能会创建多个实例, 即单例模式本身无法保证.
方法2:
/**
* 单例实现方法2: 将实例化操作提前.
* 在静态初始化的时候创建实例, 保证线程安全.
* <p>
* 缺点: 如果从来未使用过, 初始化是一种浪费.
*/
public class Singleton2 {
private static Singleton2 instance = new Singleton2();
private Singleton2() {
}
public static Singleton2 getInstance() {
return instance;
}
}
这种实现方式解决了多线程的问题, 采用的方法是在静态初始化的时候就把实例创建好.
缺点就是如果我从来也没有用到过这个实例, 那么就白创建了.
方法3:
/**
* 单例实现方法3: 用synchronized关键字保证线程安全.
* <p>
* 缺点: 会降低性能. 即便对象已经被创建, 仍然多次进行同步.
*/
public class Singleton3 {
private static Singleton3 instance;
private Singleton3() {
}
public static synchronized Singleton3 getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton3();
}
return instance;
}
}
用关键字保证了多线程情况下也不会创建多个.
但是创建之后仍然每次都会同步, 有效率问题.
方法4:
/**
* 单例实现方法4: 双重检查加锁.
* 只有实例尚未创建才会进行同步.
* <p>
* 缺点: 写起来复杂.
*/
public class Singleton4 {
private volatile static Singleton4 instance; //volatile关键字保证可见性, 字段被访问时用的都是共享值, 而不是缓存拷贝
private Singleton4() {
}
public static Singleton4 getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton4.class) {
if (instance == null) { //进入块之后会再检查一次
instance = new Singleton4();
}
}
}
return instance;
}
}
这是一个双重检查的锁, 在多线程下保证单例, 同时避免了上面说的效率问题.
Kotlin单例实现1: Object声明
怎么在Kotlin中实现一个单例呢? 最简单的方法就是用对象声明:
object SingletonOne {
}
这种实现方法的本质是什么呢? 这里介绍IDE(Android Studio或Intellij)的一个工具:
Tools -> Kotlin -> Show Kotlin Bytecode, 显示Kotlin字节码之后, 该窗口左上角还有一个Decompile按钮, 点击之后显示:
public final class SingletonOne {
public static final SingletonOne INSTANCE;
private SingletonOne() {
}
static {
SingletonOne var0 = new SingletonOne();
INSTANCE = var0;
}
}
怎样, 反编译后发现这不就是上面的第二种实现方式吗, 只不过这里INSTANCE域是public的, 所以没有提供getInstance方法.
使用这样的单例时, 直接用类名就可以访问其方法:
object SingletonOneWithMethod {
private const val age = 20
fun foo() {
println(this.hashCode().toString() + " with age $age")
}
}
fun main() {
SingletonOneWithMethod.foo()
}
Kotlin单例实现2: class + companion object
单例实现的第二种方法:
class SingletonTwo private constructor() {
companion object {
private var instance: SingletonTwo? = null
fun getInstance() =
instance ?: SingletonTwo().also { instance = it }
}
}
用的是class, 把构造声明为私有.
其中getInstance()方法写得稍微有点炫酷哈, 其实它要做的事情就是检查是否为null, 如果为null则创建实例, 不为null则直接返回. 所以它对应的是Java实现1.
这种实现方法比上一种好在哪里呢?
首先, 它是第一次用到的时候才初始化的, 如果没用到就永远也不会初始化. 其次, 它可以在构造中传入参数.
class SingletonTwoWithArguments private constructor(
private val name: String,
private val age: Int
) {
companion object {
private var instance: SingletonTwoWithArguments? = null
fun getInstance(name: String, age: Int) =
instance ?: SingletonTwoWithArguments(name, age).also { instance = it }
}
override fun toString(): String {
return "SingletonTwoWithArguments${hashCode()}(name='$name', age=$age)"
}
}
fun main() {
val instance1 = SingletonTwoWithArguments.getInstance("hello", 1)
println(instance1)
val instance2 = SingletonTwoWithArguments.getInstance("world", 2)
println(instance2)
val instance3 = SingletonTwoWithArguments.getInstance("ddmeng", 30)
println(instance3)
}
这里的输出结果永远是第一个创建的实例.即"hello, 1".
但是这和Java的同等实现1一样, 它在多线程情况下有可能会创建多个实例.
Kotlin单例实现3: 为了线程安全, 加同步
这是对上一个实现的改进, 把方法改为同步的, 对应于Java的实现3.
class SingletonThree private constructor() {
companion object {
private var instance: SingletonThree? = null
@Synchronized
fun getInstance() =
instance ?: SingletonThree().also { instance = it }
}
}
缺点也是一样的, 实例已经创建后还是会同步, 所以有效率问题.
Kotlin单例实现4: 双重检查加锁
再对上面的实现做个改进:
class SingletonFour private constructor() {
companion object {
@Volatile
private var instance: SingletonFour? = null
fun getInstance() =
instance ?: synchronized(this) {
instance ?: SingletonFour().also { instance = it }
}
}
}
这里做了double check, 只有实例为空时才进入同步块, 提升了效率.
注意这里不要忘了字段需要是@Volatile的.
这种实现可以参见Google Sample中的一个实例:
sunflower: GardenPlantingRepositor.
双重检查加锁, 带一个构造参数.
Kotlin单例实现5: lazy
这里用到一个Kotlin的特性:
lazy properties.
lazy()接收一个lambda作为初始化方法, 只有第一次访问的时候会被调用, 然后结果就被保存下来了, 之后的访问会直接返回这个结果. 默认的线程安全模式是LazyThreadSafetyMode.SYNCHRONIZED.
使用lazy来实现单例:
class SingletonFive private constructor() {
companion object {
val instance: SingletonFive by lazy {
println("lazy body")
SingletonFive()
}
}
}
fun main() {
val instance1 = SingletonFive.instance
println(instance1)
val instance2 = SingletonFive.instance
println(instance2)
val instance3 = SingletonFive.instance
println(instance3)
}
从执行结果可以看出"lazy body"只被输出了一次, 并且实例是同一个.
Kotlin单例实现6: isInitialized
声明保存实例的变量是lateinit的, 判断是否已经初始化用: isInitialized.
class SingletonSix private constructor() {
companion object {
private lateinit var instance: SingletonSix
fun getInstance(): SingletonSix {
synchronized(this) {
if (!::instance.isInitialized) {
instance = SingletonSix()
}
}
return instance
}
}
}
这个实现类似于实现3.
所以要进一步改成双重加锁(实现4)也是可以的.
Bonus: 用Dagger来实现单例
Dagger是Android开发中不可或缺的一个好工具.
仔细想想在工作中虽然用了很多单例, 但很少是自己实现的, 多数是利用Dagger.
Dagger的使用这里不展开介绍了, 只说说单例相关的.
Dagger中的@Singleton是一个常用的scope注解.
它的用法:
- 标记在component上作为一个scope标记.
- 标记在依赖上(类名或module中的provide方法上), 说明这个依赖在该scope下是一个单例.
看上去只用简单的两个注解, dagger会帮我们做完其他的事情, 保证只有一个实例.
通常我会把我的主component用@Singleton标记, 然后把所有全局单例用@Singleton标记.
除此之外我们还可以定义其他特定scope下的单例, 比如给Activity的component定义一个scope, 让一些依赖成为这个scope意义下的单例.
举个例子:
比如我有一个类叫PreferencesUtils, 在构造上标记@Inject把它加入graph,
再加上@Singleton让它成为单例:
@Singleton
class PreferencesUtils @Inject constructor(appContext: Application)
在生成的DaggerXXXXComponent类的initialize发面里面可以看到:
this.preferencesUtilsProvider = DoubleCheck.provider(PreferencesUtils_Factory.create(applicationProvider));
如果类上没有加@Singleton注解, 那么这行就只是:
this.preferencesUtilsProvider = PreferencesUtils_Factory.create(applicationProvider);
从DoubleCheck这个类中可以看到, Dagger内部的单例实现是一个双重检查加锁:
public final class DoubleCheck<T> implements Provider<T>, Lazy<T> {
private static final Object UNINITIALIZED = new Object();
private volatile Provider<T> provider;
private volatile Object instance = UNINITIALIZED;
private DoubleCheck(Provider<T> provider) {
assert provider != null;
this.provider = provider;
}
@SuppressWarnings("unchecked") // cast only happens when result comes from the provider
@Override
public T get() {
Object result = instance;
if (result == UNINITIALIZED) {
synchronized (this) {
result = instance;
if (result == UNINITIALIZED) {
result = provider.get();
instance = reentrantCheck(instance, result);
/* Null out the reference to the provider. We are never going to need it again, so we
* can make it eligible for GC. */
provider = null;
}
}
}
return (T) result;
}
// ...
}
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