【Java】单例模式的几种写法

应用最广的模式——单例模式

一、单例模式的定义和关键点

• 定义

  确保一个类只有一个实例对象，而且自行实例化向整个系统提供这个实例。

• 实现关键点

  私有的构造器，不能对外开放；
  通过静态方法或者枚举返回一个单例类对象；
  确保单例类对象有且仅有一个，尤其是在多线程环境下；
  确保单例类对象在反序列化是不会重新构建对象；

二、UML类图和应用场景

• 应用场景

  许多时候整个系统只需要一个全局对象，方便我们协调整个系统的行为。比如我们经用用于IO、数据库、Log管理等工具类，都可以考虑使用单例模式，这样避免产生多个对象耗费系统资源。

  
  图2-1

三、单例模式的几种写法

① 饿汉单例

public class Hungry{
    //饿汉单例
    private static Hungry instance = new Hungry();
    private Hungry() {
    }
    public static synchronized Hungry getInstance() {
        return instance;
    }
}

⚠注：该方式每次调用getInstance()都需要进行同步，造成不必要的开销，所以不推荐使用

② 懒汉单例

public class Idler{
    //懒汉单例
    private static Idler instace;
    private Idler() {
    }
    public static synchronized Idler getInstance() {
        if(instace == null) {
            instace = new Idler();
        }
        return instace;
    }
}

⚠注：情况跟饿汉单例差不多，同样不推荐使用。

③ DCL单例（双重检查）

public class DCL{
    //Jdk5之后加入volatitle保证每次都从主内存取出
    private static volatile DCL sInstance = null;
    private DCL() {
    }
    public static DCL getInstance() {
        if(sInstance == null ) {
            //既要检查是否为空对象
            //又要检查是否线程安全
            synchronized(DCL.class) {
                if(sInstance == null ) {
                    sInstance = new DCL();
                }
            }
        }
        return sInstance;
    }
}

⚠注：该方式在JDK5之前存在DCL失效问题，怎么失效呢？一般我们认为编译器会按以下顺序编译🤔

1. 给DCL的实例分配内存
2. 调用DCL的构造器，初始化成员变量
3. 将sInstance引用指向分配的内存空间（此时sInstance不为null）
   也就是说2和3 的无法保证顺序执行，它可能会执行 1->3->2， 这样的话 线程A已经执行过了3，但未执行2，就切换到线程B，再使用sInstance 就会出错。
   总体来说 JDK5之后，SUN修复这个问题，只需将sInstance加入volatile就可以保证每次从主内存读取，这样或多或少会影响到一些性能，所以该方式在高并发的环境下（高于JDK5版本）一般能满足需求。

④ 静态内部单例

public class StaticInner{
     //静态内部类单例
    private StaticInner() {
    }
    private static class  StaticInnerHolder{
        private static final StaticInner inner = new StaticInner();
    }
    public static StaticInner getInstance() {
        return StaticInnerHolder.inner;
    }
}

⚠注：该方式只有在第一次调用getInstance()方法才会使虚拟机加载StaticInnerHolder类，这样不仅能保证线程安全，还能保证单例对象的唯一性， 所以推荐使用 。

⑤ 枚举单例

//枚举单例
public enum SingletonEum{
    INSTANCE;
    public void doSomething() {
        //各种方法实现
    }
}

⚠注：这种方式的特点就是简单，重要的是默认枚举类型的创建是线程安全的，所以《Effective Java》的作者认为“单元素的枚举类型已经成为单例模式的最佳方法”,但是枚举类型在Android的使用也是比较占用内存的（一次面试官提到）还需要谨慎使用，我是一脸懵逼的 😂

[2019-8-17]关于枚举占用Android 内存问题讨论：https://www.liaohuqiu.net/cn/posts/android-enum-memory-usage/

以上几种实现方式，为了防止反序化时重新创建对象的情况，还需进一步处理，加入readResolve函数。例如：

public class Hungry implements Serializable{
 //饿汉单例 
 .........
  private Object readResolve() throw ObjectStreamException{
      return instance;
  }
}

四、总结

实现方式	优缺点	说点什么
饿汉&懒汉单例	只有使用的才会被实例化，但是需要同步开销	不推荐
DCL单例	一定程度上解决资源消耗、多余同步线程安全问题，但是因为JDK5之前的失效问题需要volatile的加入，影响些性能；	看着办吧
静态内部类单例	能保证线程安全，又能保证单例对象唯一性	推荐使用
枚举单例	简单方便、线程安全，但Android枚举类型占用内存的忧虑	考虑一下

💗仅学习记录，勉励成长；

参考文献：
[1]何红辉·关爱民.Android设计模式与实站[J].第二版，2017：25-29.
[2]Joshua Bloch·杨春花.俞黎敏.Effective Java中文版第2版[J].第二版，2017：15.