Android 设计模式：（二）单例模式

前言
本文是对《Adroid 源码设计模式解析与实战》 何红辉、关爱民 著 人民邮电出版社所做的读书笔记。文章是对本书的一些列学习笔记，如若有侵犯到作者权益，还望作者能联系我，我会及时下架。
这本书不错，有兴趣的同学可以买原书看看。
感兴趣的朋友欢迎加入学习小组QQ群: 193765960。

版权归作者所有，如有转发，请注明文章出处：https://xiaodanchen.github.io/archives/
相关文章：

Android 设计模式：（一）面向对象的六大原则
Android 设计模式：（二）单例模式
Android 设计模式：（三）Builder模式
Android 设计模式：（四）原型模式
Android 设计模式：（五）工厂方法模式
Android 设计模式：（六）抽象工厂模式
Android 设计模式：（七）策略模式

1. 单例模式的定义

单例模式: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。

2. 单例模式的实现

在正式介绍单例模式之前，我们有必要了解一下 instance = new Singleton()这样一条语句。乍一看这是一天简单的语句，用来生成一个Singleton类的实例，但实际上他不是一条原子操作。这条代码最终会被编译成多条汇编指令，他大致做了3件事情：
（1）给Singleton实例分配内存。
（2）调用Singleton()构造方法，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）。
另外，JVM执行上面三条汇编指令的顺序是不定的，有可能是1-2-3，也有可能是1-3-2。

2.1饿汉模式

代码示例

public class Singleton{
  private static final Singleton instance = new Singleton();
  private Singleton(){}
  
  public static Singleton getInstance(){
    return instance;
  }
}

优缺点

优点：

• 线程安全，无需关注多线程的问题。
• 加载没有延时：在类创建的同时，就已经创建好类的实例
• 写法简单

缺点：

• 由于在类创建的时候，就创建了实例（不管你会不会用到），那么就有可能会缓存很多用户根本用不到的实例。
• 如果类中的实例会消耗较大量的内存，则要慎用饿汉模式创建单例。

2.2 懒汉模式

代码示例

public class Singleton{
  private static Singleton instance;
  private Singleton(){}
  
  public static synchronized Singleton getInstance(){
    if(null == instance){
      intance = new Singleton();
    }
    return instance;
  }
}

优缺点

优点：

• 在使用时才会创建实例，在一定程度上节省了资源。
  缺点：
• 第一次加载时需要实例化，反应稍慢。
• 加了同步锁，造成不必要的同步开销。
• 如果忘记加同步锁，则是线程不安全的。

2.3 Double Check Lock

代码示例

public class Singleton{
  /**
  * volatile: 
  * 告诉JVM不要对volitile所修饰的变量进行拷贝。
  * 这样就保证了instance不会在线程内存中保存拷贝，instance每次都从主内存中读取。
  *
  */
  private volatile static Singleton instance;
  private Singleton(){}
  
  public static Singleton getInstance(){
    if(null == instance){
      synchornized(Singleton.class){
         if(null == instance){
           intance = new Singleton();
         }
      }
    }
    return instance;
  }
}

优缺点

优点：

• 资源利用率高，只有在第一次调用时才会分配资源。
• 相较于懒汉模式，加载速度更快。
• 在一定程度上避免了多余的同步，减轻了线程安全的问题。

缺点：

• 第一次加载时存在延时，反应较慢。
• 存在失效的情况（虽然概率较小）：正如上文所说，如果当前线程调用new Singleton()对应的汇编的执行顺序是1-3-2，当有新的线程调用getinstance()时，instance没有初始化却非空，就造成了instance失效。

2.4 静态内部类单例模式

代码示例

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

优缺点

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getInstace()方法时才会导致instance初始化。因为，第一次调用getInstace()时，JVM才会加载SingletonHolder类。
这种方式不仅能够确保线程的安全，而且延迟了实例化，避免了饿汉模式的资源浪费，同时也能够保证单例对象的唯一性。

2.5 枚举单例

代码示例

public enum SingletonEnum{
  INSTANCE;
  public void doSomething(){
    ...
  }
}

优缺点

• 写法简单
• 线程安全
• 在任何情况下(即使反序列化)，他都是一个实例。2.1到2.4介绍的几种方法，在反序列化（将实例对象写入磁盘再读取出来）时无法保证实例的唯一性。因为反序列化时系统会通过特殊的途径创建一个类的新实例，相当于调用了该类的构造函数，哪怕构造函数是私有的。反序列化操作提供了一个特别的钩子函数readResolve()，这个方法可以让开发人员控制对象的发序列化。例如，上述几个实现单例模式的方法要想杜绝反序列化时重新生成对象，那么必须加入如下方法：

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

2.6 使用容器实现单例

代码示例

public class SingletonManager{
  private static Map objMap =  new HashMap();
  private 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);
  }
}

优缺点

在程序的初始，将多中单例类型注入到一个统一的管理类中，在使用时根据key获取对应类型的对象。这种方式使得我们可以管理多种类型的单例，并且在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，降低了耦合度。
例如系统服务，就是这种模式：getSystemService(System.xx_SERVICE)