Android设计模式之单例模式

提到单例模式，很多人可能觉得很简单，但是单例模式在我们的Android开发中却是经常的使用，所以我们有必要将它进行好好的总结。

一、使用单例模式的条件
使用单例模式有一个必要条件：在一个系统要求一个类只有一个实例时才应该使用单例模式。反过来，如果一个类可以有几个实例存在，那么就没有必要使用这个单例类。

作为对象的创建模式，单例模式确保某一个类只有一个实例。而且自行实例化并向整个系统系统这个实例。这个类称为单例类。
单例对象的特征是：它持有对自己的引用。

单例模式的要点有三个：
1、 某个类只有一个实例；
2、 必须自行创建这个实例；
3、 必须自行向整个系统提供这个实例。

二、懒汉式单例

//懒汉式单例类.在第一次调用的时候实例化自己 
public class Singleton {  
    private Singleton() {}  
    private static Singleton single=null;  
    //静态工厂方法 
    public static Singleton getInstance() {  
         if (single == null) {    
             single = new Singleton();  
         }    
        return single;  
    }  
} 

Singleton通过将构造方法限定为private避免了类在外部被实例化，在同一个虚拟机范围内，Singleton的唯一实例只能通过getInstance()方法访问。

懒汉式单例类在实例化时，必须处理好在多个线程同时首次引用此类时的访问限制问题。它是线程不安全的，并发环境下很可能出现多个Singleton实例，要实现线程安全，有以下三种方式，都是对getInstance这个方法改造，保证了懒汉式单例的线程安全。

1、在getInstance方法上加同步

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

在方法调用上加了同步，虽然线程安全了，但是每次都要同步，会影响性能，毕竟99%的情况下是不需要同步的。

2、双重检查锁定

public class Singleton {  
    private volatile static Singleton instance = null;  
    private Singleton() {}  
    public static Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) {  
            synchronized (Singleton.class) {// 1 
                if (instance == null) {// 2 
                    instance = new Singleton();// 3 
                }  
            }  
        }  
        return instance;  
    }  
}

在getInstance中做了两次null检查，确保了只有第一次调用单例的时候才会做同步，这样也是线程安全的，同时避免了每次都同步的性能损耗.这种方法在Java中可能行不通，因为同步块外面的if (instance == null)可能看到已存在，但不完整的实例。JDK5.0以后版本若instance为volatile则可行。

双重检测锁定失败的问题并不归咎于 JVM 中的实现 bug，而是归咎于 Java 平台内存模型。内存模型允许所谓的“无序写入”，这也是失败的一个主要原因。

无序写入：
为解释该问题，需要重新考察上述清单中的 //3 行。此行代码创建了一个 Singleton 对象并初始化变量 instance 来引用此对象。这行代码的问题是：在 Singleton 构造函数体执行之前，变量 instance 可能成为非 null 的，即赋值语句在对象实例化之前调用，此时别的线程得到的是一个还会初始化的对象，这样会导致系统崩溃。

具体参考文章：单例模式与双重检测

3、使用ThreadLocal修复双重检测

public class Singleton {  
    private static final ThreadLocal perThreadInstance = new ThreadLocal();  
    private static Singleton singleton ;  
    private Singleton() {}  

    public static Singleton  getInstance() {  
    if (perThreadInstance.get() == null){  
        // 每个线程第一次都会调用 
        createInstance();  
    }  
    return singleton;  
    }  

    private static  final void createInstance() {  
        synchronized (Singleton.class) {  
            if (singleton == null){  
                singleton = new Singleton();  
            }  
        }  
        perThreadInstance.set(perThreadInstance);  
    }  
}

借助于ThreadLocal，将临界资源（需要同步的资源）线程局部化，具体到本例就是将双重检测的第一层检测条件 if (instance == null) 转换为了线程局部范围内来作。这里的ThreadLocal也只是用作标示而已，用来标示每个线程是否已访问过，如果访问过，则不再需要走同步块，这样就提高了一定的效率。但是ThreadLocal在1.4以前的版本都较慢，但这与volatile相比却是安全的。

4、静态内部类

public class Singleton {  
    private Singleton() {}  
    public static class Holder {  
        // 这里的私有没有什么意义 
        /* private */static Singleton instance = new Singleton();  
    }  
    public static Singleton getInstance() {  
        // 外围类能直接访问内部类（不管是否是静态的）的私有变量 
        return Holder.instance;  
    }  
} 

利用了classloader的机制来保证初始化instance时只有一个线程，所以也是线程安全的，同时没有性能损耗。在第一次加载Holder时初始化一次instance对象, 保证唯一性, 也延迟了单例的实例化.

三、饿汉式单例

1、饿汉式单例类.在类初始化时，已经自行实例化

public class Singleton {  
    private Singleton1() {}  
    private static final Singleton single = new Singleton();  
    //静态工厂方法 
    public static Singleton getInstance() {  
        return single;  
    }  
}

在类被加载的时候，静态变量single会被初始化，java语言中单例类的一个重要特点是类的构造函数是私有的，从而避免外界利用这个构造函数直接创建出任意多个实例。值得指出的是，由于构造函数是私有的，因此类不能被继承。
饿汉式在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用，以后不再改变，所以天生是线程安全的。

2、枚举单例, 线程安全

enum SingletonEnum {
    INSTANCE;
    public void doSomething() {
        System.out.println("do sth.");
    }
}

四、登记式单例类

为了克服懒汉式和饿汉式不能继承而设计的。

缺点：
1、 由于子类必须允许父类调用它的构造函数来产生实例，所以它的构造函数必须是公开的。
2、 父类的实例必须存在才可能有子类的实例。

public class Singleton {  
    private static Map<String,Singleton> map = new HashMap<String,Singleton>();  
    static{  
        Singleton single = new Singleton();  
        map.put(single.getClass().getName(), single);  
    }  
    //保护的默认构造子 
    protected Singleton(){}  
    //静态工厂方法,返还此类惟一的实例 
    public static Singleton getInstance(String name) {  
        if(name == null) {  
            name = Singleton.class.getName();  
            System.out.println("name == null"+"--->name="+name);  
        }  
        if(map.get(name) == null) {  
            try {  
                map.put(name, (Singleton) Class.forName(name).newInstance());  
            } catch (InstantiationException e) {  
                e.printStackTrace();  
            } catch (IllegalAccessException e) {  
                e.printStackTrace();  
            } catch (ClassNotFoundException e) {  
                e.printStackTrace();  
            }  
        }  
        return map.get(name);  
    }  
    //一个示意性的商业方法 
    public String about() {      
        return "Hello, I am RegSingleton.";      
    }      
    public static void main(String[] args) {  
        Singleton single = Singleton.getInstance(null);  
        System.out.println(single.about());  
    }  
} 

public class SingletonChild extends Singleton {
    public SingletonChild() {}

    static public SingletonChild getInstance() {
        return (SingletonChild)Singleton.getInstance("SingletonChild");
    }
}

在我们的项目开发中经常使用的是双重检查锁定的懒汉式单例模式，在Android中很多的管理者Manager使用的都是单例模式，例如：InputMethodManager。

static public InputMethodManager getInstance(Context context) {
    return getInstance(context.getMainLooper());
}

static public InputMethodManager getInstance(Looper mainLooper) {
    synchronized (mInstanceSync) {
        if (mInstance != null) {
            return mInstance;
        }
        IBinder b = ServiceManager.getService(Context.INPUT_METHOD_SERVICE);
        IInputMethodManager service = IInputMethodManager.Stub.asInterface(b);
        mInstance = new InputMethodManager(service, mainLooper);
    }
    return mInstance;
}

参考文章：
JAVA设计模式之单例模式

Android开发设计模式之——单例模式