设计模式之一：单例模式

设计模式之一：单例模式
目录介绍

• 1.单例模式介绍
• 2.单例模式定义
• 3.单例模式使用场景
• 4.单例模式的实现方式
• 4.1 懒汉式【线程不安全】
• 4.2 懒汉式【**synchronized 线程安全】
• 4.3 饿汉式【线程安全】
• 4.4 DCL双重校验模式【线程安全】
• 4.5 静态内部类单例模式【线程安全】
• 4.6 枚举单例【线程安全】
• 4.7 使用容器实现单例模式
• 5.Android源码中单例
• 5.1 InputMethodManager中使用单例模式
• 5.2 LayoutInflater使用的单例模式
• 5.3 通过Context获取系统级服务的单例模式
• 6.单例模式总结
• 7.其他

0.本人写的综合案例

• 案例
• 说明及截图
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  接口：七牛，阿里云，天行，干货集中营，极速数据，追书神器等等

1.单例模式介绍

• 单例模式是应用最广的模式，也是我最先知道的一种设计模式，在深入了解单例模式之前，每当遇到如：getInstance（）这样的创建实例的代码时，我都会把它当做一种单例模式的实现。

• 单例模式特点

  • 构造函数不对外开放，一般为private
  • 通过一个静态方法或者枚举返回单例类对象
  • 确保单例类的对象有且只有一个，尤其是在多线程的环境下
  • 确保单例类对象在反序列化时不会重新构造对象

2.单例模式定义

• 保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点

3.单例模式使用场景

• 应用中某个实例对象需要频繁的被访问。
• 应用中每次启动只会存在一个实例。如账号系统，数据库系统。

4.单例模式的实现方式

• 4.1 懒汉式【线程不安全】
• 懒汉式代码

//懒汉式单例类.在第一次调用的时候实例化自己  
public class Singleton { 
    //私有的构造函数
    private Singleton() {}
    //私有的静态变量
    private static Singleton single=null; 
    //暴露的公有静态方法 
    public static Singleton getInstance() { 
        if (single == null) {   
            single = new Singleton(); 
        }   
        return single; 
    } 
}

• 代码分析
  懒汉式（线程不安全）的单例模式分为三个部分：私有的构造方法，私有的全局静态变量，公有的静态方法。

起到重要作用的是静态修饰符static关键字，我们知道在程序中，任何变量或者代码都是在编译时由系统自动分配内存来存储的，而所谓静态就是指在编译后所分配的内存会一直存在，直到程序退出内存才会释放这个空间，因此也就保证了单例类的实例一旦创建，便不会被系统回收，除非手动设置为null。

• 优缺点
  优点：延迟加载（需要的时候才去加载）

缺点： 线程不安全，在多线程中很容易出现不同步的情况，如在数据库对象进行的频繁读写操作时。

• 4.2 懒汉式【synchronized 线程安全】
• 懒汉式代码

public class Singleton { 
    //私有的静态变量
    private static Singleton instance; 
    //私有的构造方法
    private Singleton (){}；
    //公有的同步静态方法
    public static **synchronized** Singleton getInstance() { 
        if (instance == null) { 
            instance = new Singleton(); 
        } 
        return instance; 
    } 
} 

• 代码分析

这种单例实现方式的getInstance（）方法中添加了synchronized 关键字，也就是告诉Java（JVM）getInstance是一个同步方法。
同步的意思是当两个并发线程访问同一个类中的这个synchronized同步方法时， 一个时间内只能有一个线程得到执行，另一个线程必须等待当前线程执行完才能执行，因此同步方法使得线程安全，保证了单例只有唯一个实例。

• 优缺点
  优点：解决了线程不安全的问题。

缺点：效率有点低，每次调用实例都要判断同步锁
它的缺点在于每次调用getInstance（）都进行同步，造成了不必要的同步开销。这种模式一般不建议使用。

• 4.3 饿汉式【线程安全】
• 饿汉式代码

//饿汉式单例类.在类初始化时，已经自行实例化   
public class Singleton { 
    //static修饰的静态变量在内存中一旦创建，便永久存在
    private static Singleton instance = new Singleton(); 
    private Singleton (){} 
    public static Singleton getInstance() { 
        return instance; 
    } 
}

• 代码分析

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。其中instance=new Singleton()可以写成：
static { 
    instance = new Singleton(); 
}

• 4.4 DCL双重校验模式
• DCL双重校验模式代码

public class Singleton {
    private static Singleton singleton;  //静态变量
    private Singleton (){}  //私有构造函数
    public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {  //第一层校验
            synchronized (Singleton.class) {
                if (singleton == null) {  //第二层校验
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

• 代码分析
  这种模式的亮点在于getInstance（）方法上，其中对singleton 进行了两次判断是否空，第一层判断是为了避免不必要的同步，第二层的判断是为了在null的情况下才创建实例。
• 优缺点
  优点：在并发量不多，安全性不高的情况下或许能很完美运行单例模式

缺点：不同平台编译过程中可能会存在严重安全隐患。

• 模拟分析
  假设线程A执行到了singleton = new Singleton(); 语句，这里看起来是一句代码，但是它并不是一个原子操作，这句代码最终会被编译成多条汇编指令，它大致会做三件事情：

（a）给Singleton的实例分配内存
（b）调用Singleton（）的构造函数，初始化成员字段；
（c）将singleton对象指向分配的内存空间（即singleton不为空了）；
但是由于Java编译器允许处理器乱序执行，以及在jdk1.5之前，JMM（Java Memory Model：java内存模型）中Cache、寄存器、到主内存的回写顺序规定，上面的步骤b 步骤c的执行顺序是不保证了。也就是说执行顺序可能是a-b-c，也可能是a-c-b,如果是后者的指向顺序，并且恰恰在c执行完毕，b尚未执行时，被切换到线程B中，这时候因为singleton在线程A中执行了步骤c了，已经非空了，所以，线程B直接就取走了singleton，再使用时就会出错。这就是DCL失效问题。
但是在JDK1.5之后，官方给出了volatile关键字，将singleton定义的代码改成：
private volatile static Singleton singleton; //使用volatile 关键字

• 4.5 静态内部类单例模式
• 静态内部类单例模式

public class Singleton {
    private Singleton (){} ;//私有的构造函数
    public static final Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
    //定义的静态内部类
    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  //创建实例的地方
    }
}

• 优缺点
  优点：延迟加载，线程安全（java中class加载时互斥的），也减少了内存消耗
• 代码分析
  当第一次加载Singleton 类的时候并不会初始化INSTANCE ，只有第一次调用Singleton 的getInstance（）方法时才会导致INSTANCE 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单例对象的唯一性，同时也延迟了单例的实例化。
• 4.6 枚举单例
• 枚举单例代码

public enum Singleton {  //enum枚举类
    INSTANCE; 
    public void whateverMethod() { 

    } 
}

• 代码分析

枚举单例模式最大的优点就是写法简单，枚举在java中与普通的类是一样的，不仅能够有字段，还能够有自己的方法，最重要的是默认枚举实例是线程安全的，并且在任何情况下，它都是一个单例。即使是在反序列化的过程，枚举单例也不会重新生成新的实例。而其他几种方式，必须加入如下方法：才能保证反序列化时不会生成新的对象。
private Object readResolve()  throws ObjectStreamException{
    return INSTANCE;
}

• 4.7 使用容器实现单例模式
• 代码

public class SingletonManager {
　　private static Map<String, Object> objMap = new HashMap<String,Object>();//使用HashMap作为缓存容器
    private Singleton() {
　　}
　　public static void registerService(String key, Object instance) {
　　　　if (!objMap.containsKey(key) ) {
　　　　　　objMap.put(key, instance) ;//第一次是存入Map
　　　　}
　　}
　　public static ObjectgetService(String key) {
　　　　return objMap.get(key) ;//返回与key相对应的对象
　　}
}

• 代码分析
  在程序的初始，将多种单例模式注入到一个统一的管理类中，在使用时根据key获取对应类型的对象。
• 5.Android源码中单例
• 5.1 InputMethodManager中使用单例模式
  
• 5.2 LayoutInflater使用的单例模式
• 5.2 通过Context获取系统级服务的单例模式

• 6.单例模式总结

  • 总结：不管以哪种形式实现单例模式，它们的核心原理是将构造函数私有化，并且通过静态公有方法获取一个唯一的实例，在这个获取的过程中必须保证线程的安全，同时也要防止反序列化导致重新生成实例对象。
  • 综合考虑：推荐使用4.4 DCL双重校验模式，4.5 静态内部类单例模式等等
  • 单例对象如果持有Context，那么很容易引发内存泄漏，此时要注意传递给单例对象的Context最好是Application Context

7.其他说明

• 知乎：https://www.zhihu.com/people/yang-chong-69-24/pins/posts
• 领英：https://www.linkedin.com/in/chong-yang-049216146/
• 简书：http://www.jianshu.com/u/b7b2c6ed9284
• csdn：http://my.csdn.net/m0_37700275
• 网易博客：http://yangchong211.blog.163.com/
• 新浪博客：http://blog.sina.com.cn/786041010yc
• github：https://github.com/yangchong211
• 喜马拉雅听书：http://www.ximalaya.com/zhubo/71989305/
• 脉脉：yc930211
• 360图书馆：http://www.360doc.com/myfiles.aspx
• 开源中国：https://my.oschina.net/zbj1618/blog
• 泡在网上的日子：http://www.jcodecraeer.com/member/content_list.php?channelid=1
• 邮箱：yangchong211@163.com
• 阿里云博客：https://yq.aliyun.com/users/article?spm=5176.100239.headeruserinfo.3.dT4bcV