《Android源码设计模式》之单例模式

单例模式介绍：

　　单例模式是应用最广泛的模式之一，在这个模式中，单例对象的类必须保证只有一个实例存在。因为好多时候创建多个实例是没有意义的而且很消耗资源，所以用单例模式最佳。

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。

单例模式的使用场景：

　　确保某个类只有一个对象的场景，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。

实现单例模式主要有如下几个关键点：

　　①构造函数不对外开放，一般为private；
　　②通过一个静态方法或枚举返回单例类对象；
　　③确保单例类的对象有且只有一个，尤其是在多线程环境下；
　　④确保单例类对象在反序列化时不会重新构建对象。

单例模式的实现方式：

一、懒汉模式

package com.guifa.myapplication;public class Singleton {    private static Singleton instance;    public Singleton() {    }    public static synchronized Singleton getInstance() {        if (instance == null) {            instance = new Singleton();        }        return instance;    }}

　　getInstance()方法中添加了synchronized关键字，目的是为了保证在多线程情况下保证对象唯一性，每次调用getInstace()都会进行同步，会消耗不必要的资源，这也是懒汉单例模式存在的最大问题。其优点是：只有在使用才会被实例化，在一定程度上节约了资源。

二、饿汉模式

package com.guifa.myapplication;public class Singleton {    private static Singleton instance = new Singleton();    public Singleton() {    }    public static Singleton getInstance() {        return instance;    }}

　　饿汉单例模式是上来就实例化，通过getInstance()获取实例而不是new Singleton();

三、Double Check Lock（DCL）实现单例

　　DCL方式实现单例模式的优点既能够在需要时才初始化单例，又能保证线程安全，且单例对象初始化后调用getInstance()不会进行同步锁，代码如下：

package com.guifa.myapplication;public class Singleton {    private static Singleton instance;    public Singleton() {    }    public static Singleton getInstance() {        if (instance == null) {            synchronized (Singleton.class) {                if (instance == null) {                    instance = new Singleton();                }            }        }        return instance;    }}

这段代码中在getInstance()方法中进行了两次判空：第一层判断主要是避免不必要的同步，第二层的判断是为了在null的情况下创建实例。
DCL有可能失效：
instance = new Instance()在执行时大致做了三件事：
1）给Singleton的实例分配内存；
2）调用Singleton()的构造函数，初始化成员字段；
3）调用instance对象指向分配的内存空间（此时instance就不是null了）。
　　由于Java编译器允许处理器乱序执行，以及JDK1.5以前JMM（Java Memory Model，即Java内存模型）中Cache、寄存器到主内存回写顺序的规定，上面第二和第三的顺序是无法保证的，也就是说执行顺序有可能是1-2-3，也有可能是1-3-2，此时如果另一个线程调用此方法，instance不为空，则会造成DCL失效，而且这个问题很难跟踪和重现。
　　DCL优点：资源利用率高，第一次执行getInstance()时单例对象才会被实例化，效率高。
　　DCL缺点：第一次加载时反应稍慢，由于Java内存模型原因偶尔会失败，在高并发环境下也有一定缺陷。

四、静态内部类单例模式

package com.guifa.myapplication;public class Singleton {    public Singleton() {    }    private static Singleton getInstance() {        return SingletonHolder.instance;    }    /**     * 静态内部类     */    public static class SingletonHolder {        private static final Singleton instance = new Singleton();    }}

　　当第一次加载Singleton类时并不会初始化instance，只有在第一次调用Singleton的getInstance()方法时才会导致instance被初始化，所以第一次调用getInstance()方法才会导致虚拟机加载SingletonHolder类，这种方式不仅能够确保线程安全，也能够保证单例对象的唯一性，同时也延迟了单例的实例化，所以这是推荐使用的单例模式实现方式。

五、枚举单例

package com.guifa.myapplication;public class Singleton {    public Singleton() {    }    private static void testInstance() {        // 获取实例        Singleton instance = SingletonEnum.INSTANCE.getInstance();    }    public enum SingletonEnum {        INSTANCE;        private Singleton instance;        SingletonEnum() {            instance = new Singleton();        }        public Singleton getInstance() {            return instance;        }    }}

　　枚举单例优点：枚举在Java中与普通的类是一样的，不仅能够有字段，还能够有自己的方法，最重要的是默认枚举实例的创建是线程安全的，并且任何情况下它都是一个单例。枚举单例在被反序列化不会重新生成新的实例，其他的会，杜绝单例对象在被反序列化时重新生成对象必须加入如下方法：

private Object readResolve() throws ObjectStreamException {        return instance;}

六、使用容器实现单例模式

package com.guifa.myapplication;import java.util.HashMap;import java.util.Map;public class SingletonManager {    private static Map<String, Object> objMap = new HashMap<>();    public SingletonManager() {    }    public static void registerService(String key, Object instance) {        if (!objMap.containsKey(key)) {            objMap.put(key, instance);        }    }    public static Object getService(String key) {        return objMap.get(key);    }}

　　在程序的初始，将多种单例注入到一个统一的管理类中，在使用时根据ｋｅｙ获取对象对应类型的对象。这种方式使得我们可以管理多种类型的单例，并且使用时可以通过统一的接口进行获取操作，降低了用户的使用成本，也对用户隐藏了具体实现，降低了耦合。

单例模式总结：

　　1.不管使用哪种形式实现单例模式，它们的核心原理都是将构造函数私有化，并且通过静态方法获取一个唯一的实例，在这个获取的过程中必须保证线程安全、防止反序列化导致重新生成实例对象等问题。
　　2.单例模式是运用频率很高的模式，由于客户端通常没有高并发的情况，所以选择哪种实现方式并不会有太大的影响，即便如此，出于效率考虑，推荐使用Double Check Lock（DCL）单例模式和静态内部类单例模式。
　　优点：
　　（1）由于单例模式在内存中只有一个实例，减少了内存开支，特别是一个对象需要频繁的创建销毁时，而且创建或销毁时性能又无法优化，单例模式的优势就非常明显。
　　（2）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，则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后永久驻留内存的方式来解决。
　　（3）单例模式可以避免对资源的多重占用，例如一个写文件操作，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读写操作。
　　（4）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：
　　（1）单例模式一般没有接口，扩展很困难，若要扩展，除了修改代码基本没有第二种途径可以实现。
　　（2）单例对象如果持有Context，那么很容易引发内存泄漏，此时需要注意传递给单例对象的Context最好是Application Context。