如何让孩子爱上设计模式 —— 2.单例模式(Singleton Pattern)

如何让孩子爱上设计模式 —— 2.单例模式(Singleton Pattern)

标签： 设计模式初涉

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描述性文字：

有23种不同的设计模式，分为三大类：

本节描述的是最简单烂大街的单例模式。

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1.应用场景：

当需要保证类在内存中的对象唯一性，可以使用单例模式，
不想创建多个实例浪费资源，或者避免多个实例由于多次调用
而出现错误。一般写工具类，线程池，缓存，数据库等可以用到。

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2.设计思想：(保证对象的唯一性的三个步骤)

想法	实现
不允许其他程序用new对象	私有化该类的构造函数
在该类中创建对象	通过new在本类中创建一个本类对象
对外提供一个可以让其他程序获取该对象的方法	定义一个公有的方法，将在该类中所创建的对象返回

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3.各种各样的单例写法

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1.饿汉模式

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

获取单例对象：Singleton instace = Singleton.getInstance();
优点：类加载的时候就完成实例化，避免线程同步问题
缺点：由于在类加载的时候就进行了实例化，所以没有达到Lazy Loading(懒加载)
的效果，即使我们没用到这个实例，但是他还是会加载，从而造成内存浪费(可以忽略，
最常用的一种)。

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2.懒汉模式(线程不安全，不可用)

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

尽管达到了懒加载，但是却存在线程安全问题，比如有两个线程，刚好都
执行完if(instance == null)，接着准备执行instance = new Singleton()
语句，这样的结果会导致我们实例化了两个Singleton对象，这就是懒汉单例
模式可能会引发的线程安全问题，解决这个方法，我们可以对getInstance方法加锁。

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3.懒汉模式(线程安全，但效率低，不推荐使用)

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

尽管保证了线程安全，但是每个线程在想要获得实例时，执行getInstance()
方法都需要进行同步，而实例化代码只需执行一次就够了，后面获取该实例，
直接return即可，方法进行同步效率太低，需要改进。还有一种写法是：
synchronized (Singleton.class) { instance = new Singleton(); }
这样一样是线程不安全的，如果你想使用懒汉模式的话，推荐使用下面的：
DCL单例（双重检查锁定）。

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4.懒汉模式双重校验锁

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

代码中进行了两次if检查，这样就可以保证线程安全，初始化一次后，
后面再次访问时，if检查，直接return 实例化对象。volatile是1.5后
引入的，volatile关键字会屏蔽Java虚拟机所做的一些代码优化，会导
致系统运行效率降低，而更好的写法是使用静态内部类来实现单例！

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5.静态内部类实现单例模式

public class Singleton {
    private Singleton() { }
    public static final Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
}

和饿汉式类似，两者都是通过类装载机制来保证初始化实例
的时候只有一个线程，从而避免线程安全问题，饿汉式的
Singleton类被加载，就会实例化，而静态内部类这种，
当Singleton类被加载时，不会立即实例化，调用getInstance方法，
才会装载SingletonHolder类，从而完成Singleton的实例化。

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6.枚举实现单例模式

public enum SingletonEnum {
    INSTANCE;
    private Singleton instance;
    SingletonEnum() { 
        instance = new Singleton()
    }
    public Singleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

访问方式：SingletonEnum.INSTANCE.method();
INSTANCE即为SingletonEnum类型的引用，得到它就可以调用
枚举中的方法。既避免了线程安全问题，还能防止反序列化
重新创建新的对象，但是失去了类的一些特性，没有延时加载，
推荐使用。

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7.使用容器实现单例模式

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

将多种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。

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优缺点

优点：保持类对象唯一性，对于频繁创建和销毁的对象可以提高性能。
缺点：扩展困难，单例的方法无法生成子类对象，要扩展的话基本要重写这个类。

注意事项：

在Android中如果单例对象持有Context，那么很容易引发内存泄露。
此时需要注意传递给单例对象的Context最好是Application Context!!!

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本文代码：

https://github.com/coder-pig/DesignPatternsExample/tree/master/1.Singleton%20Pattern

修改日志：

• 2017.1.24 增加设计模式思维导图，添加本文代码链接