android设计模式之单例模式

(其实设计模式应该从属于java,但是会专门针对android做相应的解释,所以就取名为android设计模式~)

一.单例模式的介绍

单例模式是应用最广的模式之一,在应用这个模式的时候,单例对象的类必须保证只有一个实例存在。在android中的应用场景例如整个app只有一个application对象,只有一个ImageLoader对象等。

二.单例模式下的各种实现方式

1.饿汉模式

public class Singleton {  
    private Singleton() {}  
    //在该类初始化的时候就会自行实例化
    private static final Singleton single = new Singleton();  

    public static Singleton getInstance() {  
        return single;  
    }  
}  

2.懒汉模式

public class Singleton {
    private Singleton(){}

    private final static Singleton mInstance;
    //没有care线程安全的问题
    public static Singleton getInstance() {
        if(mInstance == null){
            mInstance = new Singleton();
        }
        return mInstance;
    }
}

Tips:不论是饿汉模式还是懒汉模式,可能在你的app中都占有一席之地。那么我们先来对比下两者的区别,首先饿汉模式会在该类初始化的时候就自动实例化,而懒汉模式则会在对应调用getInstance方法时才会对应的实例化,实现了实例的延时加载。设想如果该实例在app中不一定被使用到,那么使用懒汉模式就可以节省内存。但是懒汉模式会在第一次获取实例时较为耗时,饿汉模式由于在初始化类时就进行了实例化,第一次获取实例就不会耗时。

以上是针对饿汉模式和懒汉模式之间的区别做的分析,接下来我们来关注之前代码中对于懒汉模式线程不安全的问题。分别提供以下几种解决方案来进行对比:

2.1.在getInstance方法上加同步锁

public class Singleton {
    private Singleton(){}

    private final static Singleton mInstance;
    //加上同步锁
    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if(mInstance == null){
            mInstance = new Singleton();
        }

        return mInstance;
    }
}

这种方法虽然解决了线程安全的问题,但是单例模式一般都是应用在一些会被频繁调用的场景上的,如果在每次获取实例的时候都需要去进行线程同步,那会增加不小的开销,会使单例的获取变的缓慢,这样就得不偿失了。那么我们继续改进,看下面的方法:

2.2.Double Check Lock(DCL)实现单例

public class Singleton {
    private Singleton(){}

    private final static Singleton mInstance;
    /*双重锁定:只在第一次初始化的时候加上同步锁*/ 
    public static Singleton getInstance() {
        if(mInstance == null){
            synchronized(Singleton.class){
                if(mInstance == null){
                    mInstance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return mInstance;
    }
}

这种双重锁定的方式,避免了每次获取实例时不必要的同步操作,只在第一次获取实例的时候才进行同步,将开销减到了最小,并且保证了线程安全。但是,真的是线程安全了么?

问题其实出在mInstance = new Singleton();这句代码,虽然它只是一句代码,但是实际上它不是一个原子操作,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)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)将mInstance对象指向分配的内存空间(此时mInstance就不是null了)。
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、寄存器到内存回写顺序的规定,上面的第二和第三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,被切换到另一个线程上,就会出问题。

但是在你的app没有太多的高并发存在时,这种模式已经可以完全满足大多数开发者的需求。那么一定还有更好的:

2.3.静态内部类单例模式

public class Singleton {
    private Singleton(){}

    private final static Singleton mInstance;

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

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

当第一次加载Singleton类的时候并不会初始化mInstance,只有在第一次调用getInstance方法时才会导致mInstance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

Tip:java中的枚举其实也是单例的一种实现方式

三.结论

之前在对单例的了解并没有特别的系统,这次梳理了下,发现其实自己的工程中还是有很多不考虑线程安全的单例实现的,虽然在没有并发的情况下可能没有太大的影响,但是程序是需要有超前意识的,推荐大家也使用2.3的单例实现方式。

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