设计模式之单例模式

一、单例模式定义

确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。

二、单例模式使用场景

• 避免产生多个对象消耗过多的资源，或者某种类型的对象只应该有且只有一个。
• 对IO、数据库、网络、图片、SharePreference等的访问。
• 需要定义大量的静态常量和静态方法，例如Utils类。
• 唯一序列号生成的场合。
• 需要一个共享访问点或者共享数据的场合，例如全局的计数器。
• Android中的SystemService就是通过单例的方式注册到系统当中。

三、UML图

单例模式.png

四、实现单例模式主要几个关键点

• 构造函数不对外开放，一般为private；
• 通过一个静态方法或者枚举返回单例类对象；
• 确保单例类的对象有且只有一个，尤其在多线程环境下；
• 确保单例类对象在反序列时不会重新构建对象；

五、单例模式的优点

1. 当一个对象需要频繁地创建销毁时，单例模式可以减少内存开支，防止内存溢出。
2. 当一个对象的产生需要比较多都资源时，如读取配置、产生其他依赖对象时，可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后用永久驻留内存的方法可以减少系统性能都开销。
3. 可以避免对资源的多重占用，例如写文件操作，由于自由一个实例存在，避免了同时进行写操作。
4. 单例模式可以在系统全局的访问点，优化和共享资源访问，例如，可设计一个单例类，辅助所有数据表的映射处理。

六、单例模式的缺点

1. 单例模式一般没有接口，扩展很困难，除非修改代码。
2. 代理对象如果持有Context，会引发内存泄露，最好传Application Context。

七、实现的方式：

1.饿汉模式

/**
 *通过getInstance方法去获取，在声明静态对象的时候就初始化了，浪费内存。
 */
public class Singleton {
    private static Singleton instance = new Singleton();
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

2.懒汉模式

/**
 * 特点：使用才实例化；线程安全，但是由于每次需要同步性能较低，不建议使用
 */
public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton() {}
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance= new Singleton();
        }
        return sInstance;
    }
}

3.双检锁 DCL 实现模式

/**
 * 第一次使用才创建；
 * 第一层判定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；
 * 特点：解决了资源消耗、多余的同步、线程安全问题。
 * 但是在某些情况下会失效(原子性)，需要在第一行中为sInstance添加valatile关键字。
 */
public class Singleton {
    private static Singleton sInstance = null;
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        if (sInstance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (sInstance == null) {
                    sInstance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return sInstance;
    }
}

4.静态内部类单例模式

/**
 * 第一次加载Singleton类时并不会初始化sInstance ；
 * 只有在第一次调用Singleton的getInstance方法才会到导致sInstance被初始化。
 */
public class Singleton {
    private Singleton() {}
    //静态内部类
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton sInstance = new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.sInstance;
    }
}

5.枚举模式

/**
 * 写法简单，线程安全，
 */
public enum Singleton {
    INSTANCE；
    public void doSomeThing(){
        //do something...
    }
}

6.使用容器实现单例模式

public class Singleton {
    public static class SingletonManager {
        private SingletonManager() { }
        private static Map<String, Singleton> sSingletonMap = new HashMap<>();
        public static void register(String key, Singleton value) {
            if (!sSingletonMap.containsKey(key)) {
                sSingletonMap.put(key, value);
            }
        }
        public static void unregister(String key) {
            if (sSingletonMap.containsKey(key)) {
                sSingletonMap.remove(key);
            }
        }
        public static Singleton getSingleton(String key) {
            return sSingletonMap.get(key);
        }
    }
}

7.Kotlin中通过object关键字实现

/**
 * Kotlin中通过object关键字可以实现最简单的单例，相当于饿汉式
 * 特点：这种单例只有一个实现的对象；不能自定义构造方法；可以实现接口、继续父类
 */
object Singleton {
    public fun test() {
        println("")
    }
}
//调用方式
fun main(args: Array<String>) {
    Singleton.test();
}

八、单例的总结

• 饿汉：无法对instance实例进行延迟加载；
• 懒汉：在添加同步的情况下才能保证实例的唯一性，但导致性能缺陷；
• 双检锁DCL：JVM即使编译器的指令重排序，有时实例不会唯一，使用volatile可以改变这个情况；
• 静态内部类和枚举：在延迟加载 / 线程安全 / 性能优势更为突出。

九、相关面试题

Android的单列模式如何保证一定单例的情况？

//可以在两次判断的基础上，使用“volatile”关键字来修饰instance，保证instance实例的唯一。
public class Singleton{
    private volatile static Singleton instance;
    private Singleton() {};
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance==null) {
            synchronized(Singleton.class) {
                if (instance==null)
                    instance=new Singleton();
            }
        }
        return instance;
    }
}

十、参考书籍

• 《Android 源码设计模式解析与实战》