设计模式之旅2--单例模式

1. 定义

确保某个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。

单例模式

2. 使用场景

确保某个类只有一个实例对象，避免产生多个对象消耗过多的资源；或者逻辑上某个类的对象应该只有一个，出现多个则出现一些错误。例如：

1. 对IO、数据库、网络、图片、SharePreference等的访问
2. 需要定义大量的静态常量和静态方法，例如Utils类
3. 唯一序列号生成的场合
4. 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
5. Android中的SystemService就是通过单例的方式注册到系统当中

3. 实现

3.1 懒汉式

/**
 * 懒汉式
 * 特点：Lazy初始化；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 sInstance;

    private Singleton() {

    }

    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (sInstance == null) {
            sInstance = new Singleton();
        }
        return sInstance;
    }

}

3.2 双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）

/**
 * 双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）
 * 特点：懒汉式的改进版，Lazy初始化；线程安全，且在多线程情况下能保持高性能
 */
public class Singleton {

    private static Singleton sInstance;

    private Singleton() {

    }

    public static Singleton getInstance() {
        if (sInstance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (sInstance == null) {
                    sInstance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return sInstance;
    }

}

3.3 饿汉式

/**
 * 饿汉式
 * 特点：非Lazy初始化，浪费内存；线程安全，基于ClassLoader机制避免了多线程的同步问题
 */
public class Singleton {

    //方式一：类装载的时候初始化
    private static Singleton sInstance = new Singleton();

    //方式二：类初始化的时候才去初始化
    static {
        sInstance = new Singleton();
    }

    private Singleton() {

    }

    public static synchronized Singleton getInstance() {
        return sInstance;
    }

}

3.4 静态内部类

/**
 * 静态内部类
 * 特点：饿汉式只要类装载或者类初始化的时候单例初始化，但是静态内部类的方式确保调用getInstance才Lazy初始化；线程安全；推荐使用
 */
public class Singleton {

    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton sInstance = new Singleton();
    }

    private Singleton() {
        
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.sInstance;
    }
    
}

3.5 枚举

/**
 * 枚举
 * 特点：Lazy初始化；线程安全；这种实现方式还没有被广泛采用，但这是实现单例模式的最佳方法。它更简洁，自动支持序列化机制，绝对防止多次实例化。
 */
public enum Singleton {

    INSTANCE

}

3.6 通过容器来实现

/**
 * 通过容器来实现
 * 特点：通过特定时机（例如程序初始化）将单例注入到容器当中，使用的时候通过key来获取；降低了耦合度，提高易用性
 */
public class Singleton {

    public static class SingletonManager {

        private SingletonManager() {

        }

        private static Map 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);
        }

    }

}

3.7 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) {
    Singleton.test();
}

4. 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被创建、销毁，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，减少了系统性能开销，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（在Java EE中采用单例模式时需要注意JVM垃圾回收机制）；
3. 单例模式可以避免对资源的多重占用，例如一个写文件动作，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写操作。
4. 单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化环共享资源访问，例如可以设计一个单例类，负责所有数据表的映射处理。

5. 缺点

1. 单例模式没有接口，扩展很困难，若要扩展，除了修改代码没有第二种途径可以实现。单例模式为什么不能增加接口呢？因为接口对单例模式是没有任何的意义，它要求“自行实例化”，并且提供单一实例、接口或抽象类是不可能被实例化的。
2. 单例模式对测试是不利的。在并行开发环境中，如果单例模式没有完成，是不能进行测试的，没有接口也不能使用mock的方式虚拟一个对象。
3. 单例模式与单一职责原则有冲突。一个类应该只实现一个的逻辑，而不关心它是否是单例的，决定它是不是要单例是环境决定的，单例模式把“要单例”和业务逻辑融合也在一个类中。
4. 通常来说，单例对象如果持有Context，很容易引发内存泄漏。此时需要注意传递给单例对象的Context是ApplicationContext。