Android设计模式 -- 单例模式总结

前言

设计模式相关的推荐《敏捷软件开发 — 原则、模式与实践》作者 Robert C.Martin （Bob大叔）和《设计模式 — 可复用面向对象软件的基础》GOF 四人帮写的这两本书。前者对设计原则有详细描述，后者主要涉及经典的设计模式讲解。

单例模式

单例模式的特点：

• 构造函数需要私有化，不允许在外部对其进行实例化，整个域中只允许有一个实例存在。

单例模式又有三种常用的建立方法，如下所示。

饿汉式

程序猿乐趣多多啊，取名都这么逗比。从名字上面看就容易理解既然饿了就吃东西，那么意味着一开始就将实例初始化了，饿汉嘛，要先吃东西。代码如下：

/**
* 单例模式之饿汉模式
*/
publc class SingleTonOfEager {
  	// 刚开始就进行初始化
	private static SingleTonOfEager sInstance = new SingleTonOfEager();
	
	private SingleTonOfEager(){
		// do nothing...
	}
  
  	// 仅能靠getInstance()获取实例
	public static SingleTonOfEager getInstance(){
		return sInstance;
	}
}

缺点

• 占用资源

懒汉式

懒人都是伸手党，要用的时候才伸手取东西，所以使用的时候开始实例化。

• 特点：需要使用同步锁，保证多线程情况下调用的安全性。
• 缺点：有了同步锁，虽然第一次已经实例化了，但是之后的调用依然有同步锁保证线程安全的，那么会导致资源不必要的消耗和同步开销，不建议使用该模式

/**
* 单例模式之懒汉模式
*/
publc class SingletonOfLazy {

	private static SingletonOfLazy sInstance;
	
	private SingletonOfLazy(){
		// do nothing...
	}
  
  	// 仅能靠getInstance()获取实例
	public static synchronized SingletonOfLazy getInstance(){
		// 需要用到的时候再初始化
		if (sInstance == null) {
			sInstance = new SingletonOfLazy();
		}
		return sInstance;
	}
}

双重检查锁 DCL 单例

优点

• 需要时才进行初始化；
• 保证线程安全；
• 已经初始化后的实例被调用时不需要再次进行同步锁，保证资源的高利用率。

/**
 * 单例模式之Double Check Lock模式
 */
public class SingletonOfDCL {
	
	private static SingletonOfDCL sInstance;

	private SingletonOfDCL(){
		// do nothing...
	}

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

问题

• 为什么要用两次非空判断呢？
• 为什么有了 synchronized 关键字还需要 volatile 关键字呢？

为了保证不必要的同步判断，在 sInstance = new SingletonOfDCL() 这条语指令并不是原子指令，被编译器编译后会被编译成多条指令，大致做了 3 件事情：

1. 为 SingletonOfDCL 实例分配内存；
2. 调用 SingletonOfDCL 构造函数，初始化成员字段；
3. 将 sInstance 对象指向分配的内存空间（此时 sInstance 就不是 null 了）。

问题 1：第一次判断为了避免每次都进行同步操作，synchronized 是重量级锁，每次都进行同步操作会影响性能；第二次判断是和 volatile 配合使用，由于 Java 中允许 CPU 乱序执行，对上面的执行顺序可能是 1-2-3，也可能是 1-3-2，那么多线程进行访问的时候，很可能某条线程在 2 之前先执行了 3，那么 sInstance 不为 null，其他线程对其进行访问时就会出现异常，而加上 volatile 的目的是为了防止虚拟机对其指令重排。因为 volatile 关键字有两个特性：

• 保证可见性；
• 防止指令重排；

缺点

• 可能会发生DCL失效

DCL模式是使用最多的模式。这种方式一般能满足需求

静态内部类单例模式

DCL有可能会失效，所以不建议使用 DCL，看到这里又惊呆了，DCL都不建议使用，所以衍生出了下面这种模式：

public class SingletonOfInnerClass {

	private SingletonOfInnerClass(){}

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

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

优点

• 只在需要使用时进行初始化；
• 初始化完成后不再进行二次初始化；
• 保证线程安全。

原理

这里利用到 JVM 中的 clinit 方法的特性，在进行类初始化的过程中会执行 clinit 方法将静态语句块和静态变量加载到运行时方法区，该过程如果有多个线程去初始化同一个类，那么只会有一个线程能够进行类的初始化，别的线程会处于阻塞状态。因此静态内部类实现的单例模式在被多线程调用的时候，是线程安全的。

参考

• 《Android 源码设计模式》
• 《深入理解 Java 虚拟机》
• 《Java 并发编程实战》