应用最广的模式——单例模式
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了应用最广的模式——单例模式相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
《android源码设计模式解析与实战》读书笔记(二)
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一、单例模式介绍
单例模式是应用最广的模式之一。在应用这个模式时，单例对象的类必须保证只有一个实例存在。很多时候整个系统只需要拥有一个全局对象，这样有利于我们协调系统整体的行为。
1.1、单例模式的定义
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提供这个实例。
1.2、单例模式的使用场景
确保某个类有且只有一个对象的场景，避免产生多个对象消耗过多的资源，或者某种类型的对象只应该有且只有一个。
实现单例模式主要有如下几个关键点：
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，尤其是在多线程环境下；
确保单例类对象在反序列化时不会重新构建对象。
通过将单例类的构造函数私有化，使得不能通过new的形式手动构造单例类的对象。单例类会暴露一个公有静态方法，需要调用这个静态方法获取到单例类的唯一对象，在获取这个单例对象的和过程中需要确保线程安全，即在多线程环境下构造单例类的对象也是有且只有一个，这也是单例模式实现中比较困难的地方。
二、单例模式的简单示例（饿汉式单例模式）
单例模式是设计模式中比较简单的，只有一个单例类，没有其他的层次结构与抽象。
该模式需要确保该类只能生成一个对象，通常是该类需要消耗较多的资源或者没有多个实例的情况。
请看下面示例。 一个公司可以有几个VP、无数个员工，但是CEO只有一个。
//普通员工
public class Staff {
public void work(){
//工作
}
}
//副总裁
public class VP extends Staff{
@Override
public void work() {
//管理下面的经理
}
}
//CEO，饿汉式单例模式
public class CEO extends Staff {
private static final CEO mCeo = new CEO();
//构造函数私有
public CEO() {
}
//公有的静态函数，对外暴露获取单例对象的接口
public static CEO getCeo() {
return mCeo;
}
@Override
public void work() {
//管理VP
}
}
//公司类
public class Company {
private List<Staff> allStaffs=new ArrayList<Staff>();
public void addStaff(Staff per) {
allStaffs.add(per);
}
public void showAllStaffs(){
for (Staff per :
allStaffs) {
Log.e("TAG","Obj:" + per.toString());
}
}
}
private void init() {
Company cp=new Company();
//CEO对象只能通过getCeo函数获取
Staff ceo1 = CEO.getCeo();
Staff ceo2 = CEO.getCeo();
cp.addStaff(ceo1);
cp.addStaff(ceo2);
//通过new创建VP对象
Staff vp1 = new VP();
Staff vp2 = new VP();
//通过new创建Staff对象
Staff mStaff1 = new Staff();
Staff mStaff2 = new Staff();
Staff mStaff3 = new Staff();
cp.addStaff(vp1);
cp.addStaff(vp2);
cp.addStaff(mStaff1);
cp.addStaff(mStaff2);
cp.addStaff(mStaff3);
cp.showAllStaffs();
}
输出结果如下：
2019-01-07 23:13:26.925 5313-5313/? E/TAG: Obj:com.tengxin.mytest.CEO@4c4ca4b
2019-01-07 23:13:26.926 5313-5313/? E/TAG: Obj:com.tengxin.mytest.VP@e6f2c28
2019-01-07 23:13:26.926 5313-5313/? E/TAG: Obj:com.tengxin.mytest.VP@3ba2d41
2019-01-07 23:13:26.926 5313-5313/? E/TAG: Obj:com.tengxin.mytest.Staff@15542e6
2019-01-07 23:13:26.926 5313-5313/? E/TAG: Obj:com.tengxin.mytest.Staff@f93c027
2019-01-07 23:13:26.926 5313-5313/? E/TAG: Obj:com.tengxin.mytest.Staff@b9ee2d4
从代码中可以看到，CEO类不能通过new的形式构造对象，只能通过CEO.getCEO()函数来获取。 这个实现的核心在于量CEO类的构造方法进行了私有化，使得外部程序不能通过构造函数来构造CEO对象，而CEO类通过一个静态方法返回一个静态对象。
三、单例模式的其他实现方式
3.1、懒汉式单例模式
懒汉式单例模式是声明一个静态对象，并且在用户第一次调用getInstance时进行初始化；而饿汉式单例模式是在声明静态对象时就已经初始化。
懒汉式单例模式实现如下：
//懒汉式单例模式
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
getInstance()方法中添加了synchronized关键字，使得在多线程情况下保证单例对象唯一。
但是懒汉式单例模式也存在一个问题，就是每次调用getInstance方法都会进行同步，这样会消耗不必要的资源。
懒汉式单例模式总结
优点：单例只有在使用时才会被实例化，在一定程度上节约了资源；
缺点：第一次加载时需要及时进行实例化，反应稍慢，最大的问题是每次调用getInstance都进行同步，造成不必要的同步开销。
3.2、Double Check Lock（DCL）实现单例
DCL方式实现单例模式的优点是既能够在需要时初始化单例，又能够保证线程安全，且单例对象初始化后调用getInstance不进行同步锁。
代码如下：
//DCL方式实现单例模式
public class DCLSingleton {
private static DCLSingleton mSingleton = null;
public DCLSingleton() {}
public void doSomething(){
Log.e("TAG", "do sth.");
}
public static DCLSingleton getInstance(){
if (mSingleton == null) {
synchronized (DCLSingleton.class) {
if (mSingleton == null) {
mSingleton = new DCLSingleton();
}
}
}
return mSingleton;
}
}
这种方式的亮点就在getInstance方法上，getInstance方法对mSingleton进行了两次判空：
第一层判断主要是为了避免不必要的同步；
第二层的判断是为了在null的情况下创建实例。
DCL总结：
优点：资源利用率高，第一次执行getInstance时单例对象才会被实例化，效率高。
缺点：第一次加载时反应稍慢，也由于Java内存模型的原因偶尔会失败。在高并发环境下也有一定的缺陷。
3.3、静态内部类单例模式
DCL虽然在一定程度上解决了资源消耗、多余的同步、线程安全等问题，但是，它还是在某些情况下出现失效的问题。这个问题被称为双重检查锁定（DCL）失效。
建议使用如下代码：
//静态内部类单例模式
public class Singleton {
private Singleton() {}
public static Singleton getInstance(){
return SingletonHolder.sInstance;
}
/**
* 静态内部类
*/
private static class SingletonHolder{
private static final Singleton sInstance =new Singleton();
}
}
当第一次加载Singleton类时并不会初始化sInstance，只有在第一次调用Singleton的getInstance方法时才会导致sInstance被初始化。
这种方式不仅能够确保线程安全，也能够保证单例对象的唯一性，同时也延迟了单例的实例化，这是推荐使用的单例模式实现方式。
3.4、枚举单例
//枚举单例
public enum SingletonEnum {
INSTANCE;
public void doSomething(){
Log.e("TAG", "doSomething " );
}
}
枚举单例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的创建是线程安全的，并且字啊任何情况下它都是一个单例。
通过序列化可以将一个单例的实例对象写到磁盘，然后再读回来，从而有效地获得一个实例。即使构造函数是私有的，反序列化时依然可以通过特殊的途径去创建类的一个新的实例，相当于调用该类的构造函数。反序列化操作提供了一个很特别的钩子函数，类中具有一个私有的、被实例化的方法readResolve()，这个方法可以控制对象的反序列化。上述几个示例中要杜绝单例对象在被反序列化时重新生成对象，必须加入如下方法：
private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
return mSingleton;
}
而对于枚举，并不存在这个问题，因为即使反序列化也不会重新生成新的实例。
3.5、使用容器实现单例模式
下面是一种另类的实现：
//使用容器实现单例模式
public class SingletonManager {
private static Map<String, Object> objMap = new HashMap<>();
private SingletonManager() {}
public static void registerService(String key,Object instance){
if (!objMap.containsKey(key)) {
objMap.put(key, instance);
}
}
public static Object getService(String key) {
return objMap.get(key);
}
}
这种方式可以管理多种类型的单例，并且在使用时可以通过统一的接口进行获取操作，降低了用户的使用成本，也对用户隐藏了具体实现，降低了耦合度。
无论什么形式实现单例模式，其核心原理都是将构造函数私有化，并且通过静态方法获取一个唯一的实例，在获取的过程中要保证线程安全、防止反序列化导致重新生成实例对象等问题。
四、总结
单例模式是运用频率很高的模式，在客户端通常没有高并发的情况下，选择哪种实现方式并不会有太大的影响。出于效率考虑，推荐使用DCL形式单例模式、静态内部类单例模式。
4.1、优点
由于单例模式在内存中只有一个实例，减少了内存开支，特别是一个对象需要频繁地创建、销毁时，而且创建或销毁时性能又无法优化，单例模式的优势就非常明显；
由于单例模式只生产一个实例，所以，减少了系统的性能开销，当一个对象的产生需要比较多的资源时，则可以通过在应用启动时直接产生一个单例对象，然后用永久驻留内存的方式来解决；
单例模式可以避免对资源的多重占用，例如一个写文件操作，由于只有一个实例存在内存中，避免对同一个资源文件的同时写操作；
单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问，例如，可以设计一个单例类，负责所有数据表的映射处理。
4.2、缺点
单例模式一般没有接口，扩展很困难，若要扩展，除了修改代码基本上没有第二种途径可以实现；
单例对象如果持有Context，那么很容易引发内存泄漏，此时需要注意传递给单例对象的Context最好是Application Context。
学海无涯苦作舟
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