Android編程設計模式之單例模式實例詳解

本文實例講述了Android編程設計模式之單例模式。分享給大家供大家參考，具體如下：

一、介紹

單例模式是應用最廣的模式之一，也可能是很多初級工程師唯一會使用的設計模式。在應用這個模式時，單例對象的類必須保證只有一個實例存在。許多時候整個系統只需要擁有一個全局對象，這樣有利于我們協調系統整體的行為。

二、定義

確保某一個類只有一個實例，而且自行實例化并向整個系統提供這個實例。

三、使用場景

確保某個類有且只有一個對象的場景，避免產生多個對象消耗過多的資源，或者某種類型的對象只應該有且只有一個。例如，創建一個對象需要消耗的資源過多，如要訪問IO和數據庫等資源，這時就要考慮使用單例模式。

四、實現方式

1、餓漢模式

示例代碼：

/**
 * 餓漢模式
 */
public class Singleton {
  private static Singleton instance;
  private Singleton(){}
  public static Singleton getInstance(){
    if(instance == null){
      instance = new Singleton();
    }
    return instance;
  }
}

優點：延遲加載（需要的時候才去加載）

缺點：線程不安全，在多線程中很容易出現不同步的情況，如在數據庫對象進行的頻繁讀寫操作時。

2、懶漢模式

示例代碼：

/**
 * 懶漢模式
 */
public class Singleton {
  private static Singleton instance;
  private Singleton(){}
  public static synchronized Singleton getInstance(){
    if(instance == null){
      instance = new Singleton();
    }
    return instance;
  }
}

與餓漢模式相比，getInstance()方法中添加了synchronized關鍵字，也就是說getInstance是一個同步方法，這就在多線程的情況下保證單例對象的唯一性的手段。但是，細想一下，大家可能會發現一個問題，即使instance已經被初始化（第一次調用的時候就會被初始化instance），每次調用getInstance方法都會進行同步，這樣會消耗不必要的資源，這也是懶漢模式存在的最大問題。

優點：解決了線程不安全的問題。

缺點：第一次加載時需要及時進行實例化，反應稍慢，最大問題是每次調用getInstance都進行同步，造成不必要的同步開銷。

補充：在Android源碼中使用的該單例方法有：InputMethodManager，AccessibilityManager等都是使用這種單例模式

3、Double Check Lock(DCL)雙重檢查鎖定

示例代碼：

/**
 * 雙重檢查鎖定（DCL）單例模式
 */
public class Singleton {
  private static Singleton instance;
  private Singleton(){}
  public static Singleton getInstance(){
    if(instance == null){
      synchronized (Singleton.class) {
        if(instance == null) {
          instance = new Singleton();
        }
      }
    }
    return instance;
  }
}

本程序的亮點自然在getInstance方法上，可以看到getInstance方法中對instance進行了兩次判空：第一層判斷主要是為了避免不必要的同步，第二層的判斷則是為了在null的情況下創建實例。

假設線程A執行到instance = new Singleton()語句，這里看起來是一句代碼，但實際上它并不是一個原子操作，這句代碼最終會被編譯成多條匯編指令，它大致做了3件事情：

（1）個Singleton的實例分配內存；

（2）調用Singleton()的構造函數，初始化成員字段；

（3）將instance對象指向分配的內存空間（此時instance就不是null了）。

但是，由于java編譯器允許處理器亂序執行，以及JDK1.5之前JMM（Java Memory Model，即Java內存模型）中Cache、寄存器到主內存回寫順序的規定，上面的第二和第三句的順序是無法保證的。也就是說，執行順序可能是1-2-3也可能是1-3-2。如果是后者，并且在3執行完畢、2未執行之前，被切換到線程B上，這時候instance因為已經在線程A內執行過了第三點，instance已經是非空了，所有，線程B直接取走了instance，再使用時就會出錯，這就是DCL失效問題，而且這種難以跟蹤難以重現的錯誤很可能會隱藏很久。

在JDK1.5之后，SUN官方已經注意到這種問題，調整了JVM，具體化了volatile關鍵字，因此，如果JDK是1.5或之后的版本，只需要將instance的定義改成private volatile static Singleton instance就可以保證instance對象每次都是從主內存中讀取，就可以使用DCL的寫法來完成單例模式。當然，volatile或多或少也會影響到性能，但考慮到程序的正確性，犧牲這點性能還是值得的。

優點：資源利用率高，第一次執行getInstance時單例對象才會被實例化，效率高。在并發量不多，安全性不高的情況下或許能很完美運行單例模式

缺點：第一次加載時反應稍慢，也由于Java內存模型的原因偶爾會失敗。在高并發環境下也有一定的缺陷，雖然發生概率很小。

補充：在android圖像開源項目Android-Universal-Image-Loader （https://github.com/nostra13/Android-Universal-Image-Loader）中使用的是這種方式。
DCL模式是使用最多的單例實現方式，它能夠在需要時才實例化單例對象，并且能夠在絕大多數場景下保證單例對象的唯一性，除非你的代碼在并發場景比較復雜或者低于JDK6版本下使用，否則，這種方式一般能夠滿足需要。

4、靜態內部類單例模式

DCL雖然在一定程度上解決了資源消耗、多余的同步、線程安全等問題，但是，它還是在某些情況下出現失效的問題。這個問題被稱為雙重檢查鎖定（DCL）失效，在《Java并發編程實踐》一書的最后談到了這個問題，并指出這種“優化”是丑陋的，不贊成使用。而建議使用如下的代碼替代：

示例代碼：

/**
 * 靜態內部類單例模式
 */
public class Singleton {
  private Singleton(){}
  public static Singleton getInstance(){
    return SingletonHolder.instance;
  }
  /**
   * 靜態內部類
   * 延遲加載，減少內存開銷
   */
  private static class SingletonHolder{
    private static final Singleton instance = new Singleton();
  }
}

當第一次加載Singleton類時并不會初始化instance，只有在第一次調用Singleton的getInstance方法時才會導致instance被初始化。因此，第一次調用getInstance方法會導致虛擬機加載SingletonHolder類，這種方式不僅能夠確保線程安全，也能夠保證單例對象的唯一性，同時也延遲了單例的實例化，所以這是推薦使用的單例模式實現方式。

優點：延遲加載，線程安全（java中class加載時互斥的），也減少了內存消耗

5、枚舉單例

前面講解了一些單例模式實現方式，但是，這些實現方式不是稍顯麻煩就是會在某些情況下出現問題。

示例代碼：

/**
 * 枚舉單例模式
 */
public enum Singleton {
  /**
   * 1.從Java1.5開始支持;
   * 2.無償提供序列化機制;
   * 3.絕對防止多次實例化，即使在面對復雜的序列化或者反射攻擊的時候;
   */
  instance;
  private String others;
  Singleton() {
  }
  public String getOthers() {
    return others;
  }
  public void setOthers(String others) {
    this.others = others;
  }
}

寫法簡單是枚舉單例最大的優點，枚舉在Java中與普通的類是一樣的，不僅能夠有字段，還能有自己的方法。最重要的是默認枚舉實例的創建是線程安全的，并且在任何情況下它都是一個單例。

為什么這么說呢？在上述的幾種單例模式實現中，在一個情況下它們會出現重新創建對象的情況，那就是反序列化。

通過序列化可以將一個單例的實例對象寫到磁盤，然后在讀回來，從而有效的獲得一個實例。即使構造函數是私有的，反序列化時依然可以通過特殊的途徑去創建類的一個新的實例，相當于調用該類的構造函數。反序列化操作提供了一個特別的鉤子函數，類中具有一個私有的、被實例化的方法readResolve()，這個方法可以讓開發人員控制對象的反序列化。例如，上述幾個示例中如果要杜絕單例對象在被反序列化時重新生成對象，那么必須加入如下方法：

private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
  return instance;
}

也就是在readResolve方法中將instance對象返回，而不是默認的重新生成一個新的對象。而對于枚舉，并不存在這個問題，因為即使反序列化它也不會重新生成新的實例。

優點：無償提供序列化機制，絕對防止多次實例化，即使在面對復雜的序列化或者反射攻擊的時候。

缺點：從Java1.5開始支持。

上面主要講了單例模式5種創建方法，大家可以根據其優缺點進行個人實際項目中的使用。

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希望本文所述對大家Android程序設計有所幫助。