Android编程设计模式之单例模式实例详解

本文实例讲述了Android编程设计模式之单例模式。分享给大家供大家参考，具体如下：

一、介绍

单例模式是应用最广的模式之一，也可能是很多初级工程师唯一会使用的设计模式。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。

二、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。

三、使用场景

确保某个类有且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。例如，创建一个对象需要消耗的资源过多，如要访问IO和数据库等资源，这时就要考虑使用单例模式。

四、实现方式

1、饿汉模式

示例代码：

/**
 * 饿汉模式
 */
public class Singleton {
  private static Singleton instance;
  private Singleton(){}
  public static Singleton getInstance(){
    if(instance == null){
      instance = new Singleton();
    }
    return instance;
  }
}

优点：延迟加载（需要的时候才去加载）

缺点：线程不安全，在多线程中很容易出现不同步的情况，如在数据库对象进行的频繁读写操作时。

2、懒汉模式

示例代码：

/**
 * 懒汉模式
 */
public class Singleton {
  private static Singleton instance;
  private Singleton(){}
  public static synchronized Singleton getInstance(){
    if(instance == null){
      instance = new Singleton();
    }
    return instance;
  }
}

与饿汉模式相比，getInstance()方法中添加了synchronized关键字，也就是说getInstance是一个同步方法，这就在多线程的情况下保证单例对象的唯一性的手段。但是，细想一下，大家可能会发现一个问题，即使instance已经被初始化（第一次调用的时候就会被初始化instance），每次调用getInstance方法都会进行同步，这样会消耗不必要的资源，这也是懒汉模式存在的最大问题。

优点：解决了线程不安全的问题。

缺点：第一次加载时需要及时进行实例化，反应稍慢，最大问题是每次调用getInstance都进行同步，造成不必要的同步开销。

补充：在Android源码中使用的该单例方法有：InputMethodManager，AccessibilityManager等都是使用这种单例模式

3、Double Check Lock(DCL)双重检查锁定

示例代码：

/**
 * 双重检查锁定（DCL）单例模式
 */
public class Singleton {
  private static Singleton instance;
  private Singleton(){}
  public static Singleton getInstance(){
    if(instance == null){
      synchronized (Singleton.class) {
        if(instance == null) {
          instance = new Singleton();
        }
      }
    }
    return instance;
  }
}

本程序的亮点自然在getInstance方法上，可以看到getInstance方法中对instance进行了两次判空：第一层判断主要是为了避免不必要的同步，第二层的判断则是为了在null的情况下创建实例。

假设线程A执行到instance = new Singleton()语句，这里看起来是一句代码，但实际上它并不是一个原子操作，这句代码最终会被编译成多条汇编指令，它大致做了3件事情：

（1）个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）将instance对象指向分配的内存空间（此时instance就不是null了）。

但是，由于java编译器允许处理器乱序执行，以及JDK1.5之前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，上面的第二和第三句的顺序是无法保证的。也就是说，执行顺序可能是1-2-3也可能是1-3-2。如果是后者，并且在3执行完毕、2未执行之前，被切换到线程B上，这时候instance因为已经在线程A内执行过了第三点，instance已经是非空了，所有，线程B直接取走了instance，再使用时就会出错，这就是DCL失效问题，而且这种难以跟踪难以重现的错误很可能会隐藏很久。

在JDK1.5之后，SUN官方已经注意到这种问题，调整了JVM，具体化了volatile关键字，因此，如果JDK是1.5或之后的版本，只需要将instance的定义改成private volatile static Singleton instance就可以保证instance对象每次都是从主内存中读取，就可以使用DCL的写法来完成单例模式。当然，volatile或多或少也会影响到性能，但考虑到程序的正确性，牺牲这点性能还是值得的。

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。在并发量不多，安全性不高的情况下或许能很完美运行单例模式

缺点：第一次加载时反应稍慢，也由于Java内存模型的原因偶尔会失败。在高并发环境下也有一定的缺陷，虽然发生概率很小。

补充：在android图像开源项目Android-Universal-Image-Loader （https://github.com/nostra13/Android-Universal-Image-Loader）中使用的是这种方式。
DCL模式是使用最多的单例实现方式，它能够在需要时才实例化单例对象，并且能够在绝大多数场景下保证单例对象的唯一性，除非你的代码在并发场景比较复杂或者低于JDK6版本下使用，否则，这种方式一般能够满足需要。

4、静态内部类单例模式

DCL虽然在一定程度上解决了资源消耗、多余的同步、线程安全等问题，但是，它还是在某些情况下出现失效的问题。这个问题被称为双重检查锁定（DCL）失效，在《Java并发编程实践》一书的最后谈到了这个问题，并指出这种“优化”是丑陋的，不赞成使用。而建议使用如下的代码替代：

示例代码：

/**
 * 静态内部类单例模式
 */
public class Singleton {
  private Singleton(){}
  public static Singleton getInstance(){
    return SingletonHolder.instance;
  }
  /**
   * 静态内部类
   * 延迟加载，减少内存开销
   */
  private 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。因此，第一次调用getInstance方法会导致虚拟机加载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。

优点：延迟加载，线程安全（java中class加载时互斥的），也减少了内存消耗

5、枚举单例

前面讲解了一些单例模式实现方式，但是，这些实现方式不是稍显麻烦就是会在某些情况下出现问题。

示例代码：

/**
 * 枚举单例模式
 */
public enum Singleton {
  /**
   * 1.从Java1.5开始支持;
   * 2.无偿提供序列化机制;
   * 3.绝对防止多次实例化，即使在面对复杂的序列化或者反射攻击的时候;
   */
  instance;
  private String others;
  Singleton() {
  }
  public String getOthers() {
    return others;
  }
  public void setOthers(String others) {
    this.others = others;
  }
}

写法简单是枚举单例最大的优点，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，并且在任何情况下它都是一个单例。

为什么这么说呢？在上述的几种单例模式实现中，在一个情况下它们会出现重新创建对象的情况，那就是反序列化。

通过序列化可以将一个单例的实例对象写到磁盘，然后在读回来，从而有效的获得一个实例。即使构造函数是私有的，反序列化时依然可以通过特殊的途径去创建类的一个新的实例，相当于调用该类的构造函数。反序列化操作提供了一个特别的钩子函数，类中具有一个私有的、被实例化的方法readResolve()，这个方法可以让开发人员控制对象的反序列化。例如，上述几个示例中如果要杜绝单例对象在被反序列化时重新生成对象，那么必须加入如下方法：

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

也就是在readResolve方法中将instance对象返回，而不是默认的重新生成一个新的对象。而对于枚举，并不存在这个问题，因为即使反序列化它也不会重新生成新的实例。

优点：无偿提供序列化机制，绝对防止多次实例化，即使在面对复杂的序列化或者反射攻击的时候。

缺点：从Java1.5开始支持。

上面主要讲了单例模式5种创建方法，大家可以根据其优缺点进行个人实际项目中的使用。