Android 深入理解单例模式

Posted 2023-03-31

参考技术A

本文主要记录使用单例模式的几种形式，并分析各自的优缺点。使用单例模式可以避免重复创建对象，以此来节省开销，首先了解一下单例模式的四大原则：

常用的单例模式有：饿汉模式、懒汉模式、双重锁懒汉模式、静态内部类模式、枚举模式，我们来逐个解释这些模式的区别。

关于 volatile 修饰符，又是一个内容，需要理解：

参考（有例子，比较好理解）： https://www.cnblogs.com/blog-Aevin/p/9302678.html ， https://www.jianshu.com/p/ccfe24b63d87

静态内部类单例模式的优点：

那么有人会问了，如果有多个线程同时访问 getInstance() 方法，会多次初始化类，然后创建多个对象吗？答案是不会的，这我们需要了解一下类的加载机制：

虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确地加锁、同步，如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有一个线程去执行这个类的<clinit>()方法，其他线程都需要阻塞等待，直到活动线程执行<clinit>()方法完毕。

所以如果一个类的<clinit>()方法中有耗时很长的操作，就可能造成多个进程阻塞(需要注意的是，其他线程虽然会被阻塞，但线程唤醒之后不会再次进入<clinit>()方法。因为在同一个加载器下，一个类只会初始化一次。)

所以静态内部类单例模式不仅能保证线程的安全性、实例的唯一性、还延迟了单例的实例化。

但是静态内部类单例模式也有一个 缺点 ，就是无法传递参数。因为它是通过静态内部类的形式去创建单例的，所以外部就无法传递参数进去。

枚举单例模式占用的内存是静态变量的两倍，所以一般都不使用enum来实现单例。

单例有饿汉模式、懒汉模式、双重锁懒汉模式、静态内部类模式、枚举模式这几种形式。

饿汉模式在初始化类时就创建了对象，容易造成资源浪费；懒汉模式在多线程环境下有风险；枚举模式占用内存过高。这三种模式都有明显的弊端，所以一般不去采用。

双重锁懒汉模式使用了 volatile 修饰符，在性能上会差一点点；静态内部类模式无法传递参数。但是这两种方式都能保证实例的唯一性，线程的安全性，也不会造成资源的浪费。所以我们在使用单例模式时，可以在这两种方式中酌情选择。

参考文章： https://blog.csdn.net/mnb65482/article/details/80458571

深入理解设计模式-单例模式

深入理解设计模式-双锁单例模式

文章目录

• 一、什么是单例模式
• 二、应用场景
• 三、优缺点
• 四、代码实现
• 总结

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一、什么是单例模式

单例模式是一种常用的软件设计模式，其定义是单例对象的类只能允许一个实例存在。
许多时候整个系统只需要拥有一个的全局对象，这样有利于我们协调系统整体的行为。比如在某个服务器程序中，该服务器的配置信息存放在一个文件中，这些配置数据由一个单例对象统一读取，然后服务进程中的其他对象再通过这个单例对象获取这些配置信息。这种方式简化了在复杂环境下的配置管理。

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二、应用场景

举一个例子，网站的计数器，一般也是采用单例模式实现，如果你存在多个计数器，每一个用户的访问都刷新计数器的值，这样的话你的实计数的值是难以同步的。但是如果采用单例模式实现就不会存在这样的问题，而且还可以避免线程安全问题。同样多线程的线程池的设计一般也是采用单例模式，这是由于线程池需要方便对池中的线程进行控制 同样，对于一些应用程序的日志应用，或者web开发中读取配置文件都适合使用单例模式，如HttpApplication 就是单例的典型应用。 从上述的例子中我们可以总结出适合使用单例模式的场景和优缺点： 适用场景： 1.需要生成唯一序列的环境 2.需要频繁实例化然后销毁的对象。 3.创建对象时耗时过多或者耗资源过多，但又经常用到的对象。 4.方便资源相互通信的环境

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三、优缺点

优点：
1.在内存中只有一个对象，节省内存空间；
2.避免频繁的创建销毁对象，可以提高性能；
3.避免对共享资源的多重占用，简化访问；
4.为整个系统提供一个全局访问点。
缺点：
1.不适用于变化频繁的对象；
2.滥用单例将带来一些负面问题，如为了节省资源将数据库连接池对象设计为的单例类，可能会导致共 享连接池对象的程序过多而出现连接池溢出；
4.如果实例化的对象长时间不被利用，系统会认为该对象是垃圾而被回收，这可能会导致对象状态的丢失；

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四、代码实现

饿汉单例模式

public class Singleton1 {
    private static Singleton1 instance = new Singleton1();

    private Singleton1(){}

    public static Singleton1 getInstance(){
        return instance;
    }
}

类加载的方式是按需加载，且加载一次。。因此，在上述单例类被加载时，就会实例化一个对象并交给自己的引用，供系统使用；而且，由于这个类在整个生命周期中只会被加载一次，因此只会创建一个实例，即能够充分保证单例，这种写法比较简单，就是在类装载的时候就完成实例化。避免了线程同步问题。

懒汉单例模式

public class Singleton2 {
    private static Singleton2 instance;

    private Singleton2(){}

    public static Singleton2 getInstance(){
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton2();
        }
        return instance;
    }
}

我们从懒汉式单例可以看到，单例实例被延迟加载，即只有在真正使用的时候才会实例化一个对象并交给自己的引用。
这种写法起到了Lazy Loading的效果，但是只能在单线程下使用。如果在多线程下，一个线程进入了if (singleton == null)判断语句块，还未来得及往下执行，另一个线程也通过了这个判断语句，这时便会产生多个实例。所以在多线程环境下不可使用这种方式。

双锁单例模式

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;
    private Singleton (){}
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

双锁模式，进行了两次的判断，第一次是为了避免不要的实例，第二次是为了进行同步，避免多线程问题。由于singleton=new Singleton()对象的创建在JVM中可能会进行重排序，在多线程访问下存在风险，使用volatile修饰signleton实例变量有效，解决该问题。

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总结

单例模式的实现方法还有很多。上述是比较经典的实现方式，也是我们应该掌握的几种实现方式。
从这四种实现中，我们可以总结出，要想实现效率高的线程安全的单例，我们必须注意以下两点：
1.尽量减少同步块的作用域；
2.尽量使用细粒度的锁。