设计模式之一:单例模式

yangchong211 / 文 发表于2017-10-18 19:18 次阅读 设计模式,单例,源码,android

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
  • 5.2 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

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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
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