设计模式(2)单例模式

单例模式的作用是确保某个类只有一个实例,避免产生多个对象消耗过多的资源。比如对数据库的操作时,就可以使用单例模式。

单例实现

饿汉模式

这种写法是在类装载时就实例化instance,他避免了多线程的同步问题。但是不能保证有别的方式去装载,没有达到懒加载。

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public class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton () {
}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}

懒汉模式(线程不安全)

达到了懒加载,但是在多线程不能正常工作。

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

懒汉模式(线程安全)

这种写法能够在多线程中很好的工作,但是每次调用getInstance方法都会进行同步,反应稍慢,还会造成不必要的开销,所以者这种不建议使用。

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public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton () {
}
//方法同步实现
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
//代码块同步实现
public static Singleton getInstance() {
synchronized(Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}

DCL单例(双重检查锁定)

这种写法在getSingleton方法中对singleton进行了两次判空,第一次是为了不必要的同步,第二次是为了在null的情况下创建实例。我们会发现上面代码有一个volatile关键字,因为在这里会有DCL失效问题,原因是Java编译器允许处理器乱序执行。那么为了解决这个问题,在JDK1.5之后,具体化了volatile关键字,只要定义时加上他,可以保证执行的顺序,虽然会影响性能。这种方式第一次加载时会稍慢,在高并发环境会有缺陷,但是一般能够满足需求。

  • 不足之处:singleton = new Singleton()不是原子操作,JVM的即时编译器中存在指令重排序的优化
  • volatile:禁止JVM指令重排序优化
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public class Singleton {
private volatile static Singleton singleton;
private Singleton () {
}
public static Singleton getSingleton() {
if (singleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}

静态内部类单例模式

这种是推荐使用的单例模式实现方式。当第一次加载Singleton类时并不会初始化INSTANCE,只有在第一次调用getInstance方法时才会导致INSTANCE被初始化。这种方式不仅能够保证线程安全,也能保证单例对象的唯一性,同时也延长了单例的实例化。

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public class Singleton {
private Singleton () {
}
public static final Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
/**
* 静态内部类
*/
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
}

枚举单例

这种方式是Effective Java作者Josh Bloch 提倡的方式,它不仅能避免多线程同步问题,而且还能防止反序列化重新创建新的对象。

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public enum Singleton {
INSTANCE;
public void whateverMethod() {
}
}

使用容器实现单例模式

将多种单例类型注入到一个统一的管理类中,在使用时根据key获取对象对应类型的对象。这种方式使得我们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。

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public class SingletonManager {
  private static Map<String, Object> objMap = new HashMap<String, Object>();

  private SingletonManager() { }
  public static void registerService(String key, Objectinstance) {
    if (!objMap.containsKey(key) ) {
      objMap.put(key, instance) ;
    }
  }

  public static ObjectgetService(String key) {
    return objMap.get(key) ;
  }
}

Android源码中的单例模式

在Android系统中,我们经常会通过Context获取系统级别的服务,如WindowsManagerServiceActivityManagerService等,更常用的是一个LayoutInflater的类,这些服务会在合适的时候以单例的形式注册在系统中,在我们需要的时候就通过ContextgetSystemService(String name)获取。

总结

优点:

(1)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的创建、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。
(2)单例模式可以避免对资源的多重占用,例如一个文件操作,由于只有一个实例存在内存中,避免对同一资源文件的同时操作。
(3)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。

缺点:

(1)单例模式一般没有接口,扩展很困难,若要扩展,只能修改代码来实现。
(2)单例对象如果持有Context,那么很容易引发内存泄露。此时需要注意传递给单例对象的Context最好是Application Context

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