本文實(shí)例講述了Android編程設(shè)計(jì)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(yīng)用最廣的模式之一，也可能是很多初級(jí)工程師唯一會(huì)使用的設(shè)計(jì)模式。在應(yīng)用這個(gè)模式時(shí)，單例對(duì)象的類必須保證只有一個(gè)實(shí)例存在。許多時(shí)候整個(gè)系統(tǒng)只需要擁有一個(gè)全局對(duì)象，這樣有利于我們協(xié)調(diào)系統(tǒng)整體的行為。

二、定義

確保某一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例，而且自行實(shí)例化并向整個(gè)系統(tǒng)提供這個(gè)實(shí)例。

三、使用場(chǎng)景

確保某個(gè)類有且只有一個(gè)對(duì)象的場(chǎng)景，避免產(chǎn)生多個(gè)對(duì)象消耗過多的資源，或者某種類型的對(duì)象只應(yīng)該有且只有一個(gè)。例如，創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象需要消耗的資源過多，如要訪問IO和數(shù)據(jù)庫(kù)等資源，這時(shí)就要考慮使用單例模式。

四、實(shí)現(xiàn)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(yōu)點(diǎn)：延遲加載（需要的時(shí)候才去加載）

缺點(diǎn)：線程不安全，在多線程中很容易出現(xiàn)不同步的情況，如在數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象進(jìn)行的頻繁讀寫操作時(shí)。

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(guān)鍵字，也就是說getInstance是一個(gè)同步方法，這就在多線程的情況下保證單例對(duì)象的唯一性的手段。但是，細(xì)想一下，大家可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題，即使instance已經(jīng)被初始化（第一次調(diào)用的時(shí)候就會(huì)被初始化instance），每次調(diào)用getInstance方法都會(huì)進(jìn)行同步，這樣會(huì)消耗不必要的資源，這也是懶漢模式存在的最大問題。

優(yōu)點(diǎn)：解決了線程不安全的問題。

缺點(diǎn)：第一次加載時(shí)需要及時(shí)進(jìn)行實(shí)例化，反應(yīng)稍慢，最大問題是每次調(diào)用getInstance都進(jìn)行同步，造成不必要的同步開銷。

補(bǔ)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(diǎn)自然在getInstance方法上，可以看到getInstance方法中對(duì)instance進(jìn)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(chuàng)建實(shí)例。

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

（1）個(gè)Singleton的實(shí)例分配內(nèi)存；

（2）調(diào)用Singleton()的構(gòu)造函數(shù)，初始化成員字段；

（3）將instance對(duì)象指向分配的內(nèi)存空間（此時(shí)instance就不是null了）。

但是，由于java編譯器允許處理器亂序執(zhí)行，以及JDK1.5之前JMM（Java Memory Model，即Java內(nèi)存模型）中Cache、寄存器到主內(nèi)存回寫順序的規(guī)定，上面的第二和第三句的順序是無法保證的。也就是說，執(zhí)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(zhí)行完畢、2未執(zhí)行之前，被切換到線程B上，這時(shí)候instance因?yàn)橐呀?jīng)在線程A內(nèi)執(zhí)行過了第三點(diǎn)，instance已經(jīng)是非空了，所有，線程B直接取走了instance，再使用時(shí)就會(huì)出錯(cuò)，這就是DCL失效問題，而且這種難以跟蹤難以重現(xiàn)的錯(cuò)誤很可能會(huì)隱藏很久。

在JDK1.5之后，SUN官方已經(jīng)注意到這種問題，調(diào)整了JVM，具體化了volatile關(guān)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(duì)象每次都是從主內(nèi)存中讀取，就可以使用DCL的寫法來完成單例模式。當(dāng)然，volatile或多或少也會(huì)影響到性能，但考慮到程序的正確性，犧牲這點(diǎn)性能還是值得的。

優(yōu)點(diǎn)：資源利用率高，第一次執(zhí)行g(shù)etInstance時(shí)單例對(duì)象才會(huì)被實(shí)例化，效率高。在并發(fā)量不多，安全性不高的情況下或許能很完美運(yùn)行單例模式

缺點(diǎn)：第一次加載時(shí)反應(yīng)稍慢，也由于Java內(nèi)存模型的原因偶爾會(huì)失敗。在高并發(fā)環(huán)境下也有一定的缺陷，雖然發(fā)生概率很小。

補(bǔ)充：在android圖像開源項(xiàng)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(shí)現(xiàn)方式，它能夠在需要時(shí)才實(shí)例化單例對(duì)象，并且能夠在絕大多數(shù)場(chǎng)景下保證單例對(duì)象的唯一性，除非你的代碼在并發(fā)場(chǎng)景比較復(fù)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(tài)內(nèi)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(xiàn)失效的問題。這個(gè)問題被稱為雙重檢查鎖定（DCL）失效，在《Java并發(fā)編程實(shí)踐》一書的最后談到了這個(gè)問題，并指出這種“優(yōu)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(tài)內(nèi)部類單例模式
 */
public class Singleton {
  private Singleton(){}
  public static Singleton getInstance(){
    return SingletonHolder.instance;
  }
  /**
   * 靜態(tài)內(nèi)部類
   * 延遲加載，減少內(nèi)存開銷
   */
  private static class SingletonHolder{
    private static final Singleton instance = new Singleton();
  }
}

當(dāng)?shù)谝淮渭虞dSingleton類時(shí)并不會(huì)初始化instance，只有在第一次調(diào)用Singleton的getInstance方法時(shí)才會(huì)導(dǎo)致instance被初始化。因此，第一次調(diào)用getInstance方法會(huì)導(dǎo)致虛擬機(jī)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(duì)象的唯一性，同時(shí)也延遲了單例的實(shí)例化，所以這是推薦使用的單例模式實(shí)現(xiàn)方式。

優(yōu)點(diǎn)：延遲加載，線程安全（java中class加載時(shí)互斥的），也減少了內(nèi)存消耗

5、枚舉單例

前面講解了一些單例模式實(shí)現(xiàn)方式，但是，這些實(shí)現(xiàn)方式不是稍顯麻煩就是會(huì)在某些情況下出現(xiàn)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(jī)制;
   * 3.絕對(duì)防止多次實(shí)例化，即使在面對(duì)復(fù)雜的序列化或者反射攻擊的時(shí)候;
   */
  instance;
  private String others;
  Singleton() {
  }
  public String getOthers() {
    return others;
  }
  public void setOthers(String others) {
    this.others = others;
  }
}

寫法簡(jiǎn)單是枚舉單例最大的優(yōu)點(diǎn)，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(rèn)枚舉實(shí)例的創(chuàng)建是線程安全的，并且在任何情況下它都是一個(gè)單例。

為什么這么說呢？在上述的幾種單例模式實(shí)現(xiàn)中，在一個(gè)情況下它們會(huì)出現(xiàn)重新創(chuàng)建對(duì)象的情況，那就是反序列化。

通過序列化可以將一個(gè)單例的實(shí)例對(duì)象寫到磁盤，然后在讀回來，從而有效的獲得一個(gè)實(shí)例。即使構(gòu)造函數(shù)是私有的，反序列化時(shí)依然可以通過特殊的途徑去創(chuàng)建類的一個(gè)新的實(shí)例，相當(dāng)于調(diào)用該類的構(gòu)造函數(shù)。反序列化操作提供了一個(gè)特別的鉤子函數(shù)，類中具有一個(gè)私有的、被實(shí)例化的方法readResolve()，這個(gè)方法可以讓開發(fā)人員控制對(duì)象的反序列化。例如，上述幾個(gè)示例中如果要杜絕單例對(duì)象在被反序列化時(shí)重新生成對(duì)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(duì)象返回，而不是默認(rèn)的重新生成一個(gè)新的對(duì)象。而對(duì)于枚舉，并不存在這個(gè)問題，因?yàn)榧词狗葱蛄谢膊粫?huì)重新生成新的實(shí)例。

優(yōu)點(diǎn)：無償提供序列化機(jī)制，絕對(duì)防止多次實(shí)例化，即使在面對(duì)復(fù)雜的序列化或者反射攻擊的時(shí)候。

缺點(diǎn)：從Java1.5開始支持。

上面主要講了單例模式5種創(chuàng)建方法，大家可以根據(jù)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行個(gè)人實(shí)際項(xiàng)目中的使用。

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希望本文所述對(duì)大家Android程序設(shè)計(jì)有所幫助。

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