Android中的设计模式-单例模式

Android中的设计模式-单例模式

单例模式算是比较常用的模式，在Java中如果想要一个JVM中只存在某个类的一个实例，就需要使用到单例模式，而只存在一个实例的需求一般是因为：
1，对象实例比较大和复杂，创建开销很大。
2，只需要一个实例来维护整个功能的流程与交互。
例如Android中的电话应用启动时，对于单卡单待的电话，只创建一个Phone对象，用来管理RIL，CallTracker，ServiceStateTracker等对象，手机中不存在第二个Phone对象去和RILC通信。

类图

单例的类图很简单，看起来也很简单，只需要一个类只能得到一个实例即可，但是我觉得单例比其他创建型的模式要复杂的多。
如果想要创建一个类Singleton。正常来讲只需要new Singleton()即可，但是如果想Singleton只存在一个实例，则不能采用这种方法来创建，因为每一次new都会产生一个新的实例：
1，为了不能使用new创建，就要把构造函数变成private的;
2, 为了只有一个实例，就需要Singleton本身去维护这个实例，于是类中需要定义一个Singleton instance,显然它应该是private的，因为它是类的实例，不是对象的实例，所以它还应该是静态的；
3，因为不能new，为了能够有方法得到Singleton的实例，就得通过一个静态方法返回实例，比如public static Singleton getInstance()，在内部如果instance是null的则新建，否则返回instance即可，

说了这么多其实需要注意的东西还是蛮多的，根据上面的分析，已经能够创建出一个最简单单例模式了。

普通饿汉单例模式

public class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton() {
// Nothing
}
public static Singleton getInstance(){
return instance;
}
public void say(){
System.out.println("I am singleton");
}
}

饿汉单例会在类装载时就实例化。好处就是由于classloder机制，保证当一个类被加载的时候，这个类的加载是线程互斥的，而饿汉单例的静态instance直接新建一个实例，在加载的时候就能线程安全的获得实例。从而避免了线程安全问题。
劣势就是实例在装载的时候就会浪费资源和时间去实例化。虽然大多数时候都是在调用getInstance时才会装载，不过也没法保证是否有其他方法会使用到instance而导致新建实例。

惰性加载单例模式

这个Singleton单例类在被加载的时候就会创建实例，为了让它在使用的时候才创建对象所以把它设为null。让它在getInstace的时候再新建实例，也就是惰性加载。这里也叫懒汉式单例。

public class lazySingleton {
private static lazySingleton instance = null;
private lazySingleton() {
// TODO Auto-generated constructor stub
}
public static lazySingleton getInstace() {
if (instance==null){
instance =new lazySingleton();
}
return instance;
}
public void say(){
System.out.println("I am lazySingleton");
}
}

加锁单例模式

前面的懒汉例子用在单线程中不会出现问题，但是如果用在单线程中就会出现问题。如果AB两个线程都通过getInstace去获取单例的实例，因为没法保证getInstace方法会在一个线程中一直执行完再执行另一个线程，如果两个线程都判定instance位null，则有可能都会进入new语句新建实例。
为了保证同一时刻只有一个线程能够执行getInstance，就需要对方法加锁，或者在方法内部使用对象锁，但是注意要把锁放在if(instance == null) 判断的外面，否则还是可能出现同时判定true的情况。

public class SyncSingleton {
private static SyncSingleton instance = null;
private SyncSingleton() {
// TODO Auto-generated constructor stub
}
public static synchronized SyncSingleton getInstance(){
if (instance == null){
instance = new SyncSingleton();
}
return instance;
}

}

或者

public class SyncSingleton {  
    private static SyncSingleton instance = null;  
    private static final Object classLock = SyncSingleton.class; 

    private SyncSingleton(){}  

    public SyncSingleton getInstance(){  
        synchronized(classLock){  
            if(instance == null)  
                instance = new SyncSingleton();  
            return instance;  
        }  
    }  
}  

双重检查加锁单例

上面的问题解决了多线程的问题，但是也会带来性能的问题，因为每次调用getInstance，都会进行同步，但实际上，如果instance实例已经建立，那直接返回instance实例就好，这里是不用加锁的，只有新建实例的情况才需要同步锁，但是前面也说到了，新建的时候要把锁放在if(instance == null) 判断的外面，否则还是可能出现同时判定true的情况。所以就有了下面的双重检查的单例模式

public class EffectiveSingleton {
    private volatile static EffectiveSingleton instance = null;

    private EffectiveSingleton() {
        // TODO Auto-generated constructor stub
    }

    public static EffectiveSingleton getInstance() {
        if (instance == null) { // 首先判断是否已经创建实例，如果已经创建，直接返回，效率高
            synchronized (EffectiveSingleton.class) {// 如果没有创建，然后再同步，并在同步块内再初始化。注意要再次判断是否已实例化
                if (instance == null) {
                    instance = new EffectiveSingleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

这样当实例初始化已经完成的情况，每次getInstance直接返回即可，不再需要同步锁。
当第一次调用getInstance时，则通过synchronized块包裹的代码部分保证不会多次调用新建实例。
第二个if (instance == null) 条件判断是为了第一个if (instance == null) 是给已经存在实例的情况用的，AB线程还是有可能都通过第一个条件判断的。这就需要在同步块内，一定要有一个条件判断。

双重检查加锁单例模式很好地解决了加锁单例的性能问题。

使用静态内部类的单例模式

静态内部类也叫嵌套类，用这个名字给他定义是更加形象的。意思是说内部类和外部类的关系只是层次嵌套关系，所以只是在创建类文件的时候类文件名是如下形式：outer$inner.java，在使用方面完全和两个普通类一样。
在饿汉单例的基础上，把instance = new Singleton()外用一个叫做SingletonHolder 的静态内部类包装一下。
这样即使在Singleton类加载的时候，也不会导致静态内部类SingletonHolder 的加载，只有在使用到SingletonHolder 的时候，才会加载。
同时由于类的加载的机制的互斥性，保证创建实例时候的线程安全性。

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

    private Singleton() {
    }

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

Android中的单例

通过PhoneFactory创建Phone对象的例子，截取部分如下：

public class PhoneFactory {
    static private Phone sProxyPhone = null;
    ......
    public static void makeDefaultPhone(Context context) {
         synchronized(Phone.class) {
                if (!sMadeDefaults) {
                ...
                sProxyPhone = new PhoneProxy(new GSMPhone(context,
                                sCommandsInterface, sPhoneNotifier));
                ...
                sMadeDefaults = true;
                }
            }
        }

可以看出这个例子符合上面的加锁单例模式，虽然不是采用的双重判断的方式来增加效率，但是因为PhoneFactory的makeDefaultPhone基本没有多线程使用情况，只有在Phone应用启动的情况下调用一起。
并且PhoneFactory通过makeDefaultPhone来创建实例，但是却使用getDefaultPhone来获取实例，也就不存在实例已经存在的情况下，还进入同步块进行判断的情况。