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設計模式之一：單例模式

設計模式之一：單例模式
目錄介紹
1.單例模式介紹
2.單例模式定義
3.單例模式使用場景
4.單例模式的實現方式

  • 4.1 懶漢式【線程不安全】
  • 4.2 懶漢式【****synchronized 線程安全】
  • 4.3 餓漢式【線程安全】
  • 4.4 DCL雙重校驗模式【線程安全】
  • 4.5 靜態內部類單例模式【線程安全】
  • 4.6 枚舉單例【線程安全】
  • 4.7 使用容器實現單例模式

5.Android源碼中單例

  • 5.1 InputMethodManager中使用單例模式
  • 5.2 LayoutInflater使用的單例模式
  • 5.2 通過Context獲取係統級服務的單例模式

6.單例模式總結
7.其他

0.本人寫的綜合案例
案例
說明及截圖
模塊：新聞，音樂，視頻，圖片，唐詩宋詞，快遞，天氣，記事本，閱讀器等等
接口：七牛，阿裏雲，天行，幹貨集中營，極速數據，追書神器等等

1.單例模式介紹

  • 單例模式是應用最廣的模式，也是我最先知道的一種設計模式，在深入了解單例模式之前，每當遇到如：getInstance（）這樣的創建實例的代碼時，我都會把它當做一種單例模式的實現。
  • 單例模式特點
    • 構造函數不對外開放，一般為private
    • 通過一個靜態方法或者枚舉返回單例類對象
    • 確保單例類的對象有且隻有一個，尤其是在多線程的環境下
    • 確保單例類對象在反序列化時不會重新構造對象

2.單例模式定義

  • 保證一個類僅有一個實例，並提供一個訪問它的全局訪問點

3.單例模式使用場景

  • 應用中某個實例對象需要頻繁的被訪問。
  • 應用中每次啟動隻會存在一個實例。如賬號係統，數據庫係統。

4.單例模式的實現方式

  • 4.1 懶漢式【線程不安全】
  • 懶漢式代碼 //懶漢式單例類.在第一次調用的時候實例化自己 public class Singleton { //私有的構造函數 private Singleton() {} //私有的靜態變量 private static Singleton single=null; //暴露的公有靜態方法 public static Singleton getInstance() { if (single == null) { single = new Singleton(); } return single; } }
  • 代碼分析 懶漢式（線程不安全）的單例模式分為三個部分：私有的構造方法，私有的全局靜態變量，公有的靜態方法。 起到重要作用的是靜態修飾符static關鍵字，我們知道在程序中，任何變量或者代碼都是在編譯時由係統自動分配內存來存儲的，而所謂靜態就是指在編譯後所分配的內存會一直存在，直到程序退出內存才會釋放這個空間，因此也就保證了單例類的實例一旦創建，便不會被係統回收，除非手動設置為null。
  • 優缺點 優點：延遲加載（需要的時候才去加載） 缺點： 線程不安全，在多線程中很容易出現不同步的情況，如在數據庫對象進行的頻繁讀寫操作時。
  • 4.2 懶漢式【**synchronized 線程安全】**
  • 懶漢式代碼 public class Singleton { //私有的靜態變量 private static Singleton instance; //私有的構造方法 private Singleton (){}； //公有的同步靜態方法 public static **synchronized** Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } }
  • 代碼分析 這種單例實現方式的getInstance（）方法中添加了synchronized 關鍵字，也就是告訴Java（JVM）getInstance是一個同步方法。 同步的意思是當兩個並發線程訪問同一個類中的這個synchronized同步方法時， 一個時間內隻能有一個線程得到執行，另一個線程必須等待當前線程執行完才能執行，因此同步方法使得線程安全，保證了單例隻有唯一個實例。
  • 優缺點 優點：解決了線程不安全的問題。 缺點：效率有點低，每次調用實例都要判斷同步鎖 它的缺點在於每次調用getInstance（）都進行同步，造成了不必要的同步開銷。這種模式一般不建議使用。
  • 4.3 餓漢式【線程安全】
  • 餓漢式代碼 //餓漢式單例類.在類初始化時，已經自行實例化 public class Singleton { //static修飾的靜態變量在內存中一旦創建，便永久存在 private static Singleton instance = new Singleton(); private Singleton (){} public static Singleton getInstance() { return instance; } }
  • 代碼分析 餓漢式在類創建的同時就已經創建好一個靜態的對象供係統使用，以後不再改變，所以天生是線程安全的。其中instance=new Singleton()可以寫成： static { instance = new Singleton(); }
  • 4.4 DCL雙重校驗模式
  • DCL雙重校驗模式代碼 public class Singleton { private static Singleton singleton; //靜態變量 private Singleton (){} //私有構造函數 public static Singleton getInstance() { if (singleton == null) { //第一層校驗 synchronized (Singleton.class) { if (singleton == null) { //第二層校驗 singleton = new Singleton(); } } } return singleton; } }
  • 代碼分析 這種模式的亮點在於getInstance（）方法上，其中對singleton 進行了兩次判斷是否空，第一層判斷是為了避免不必要的同步，第二層的判斷是為了在null的情況下才創建實例。
  • 優缺點 優點：在並發量不多，安全性不高的情況下或許能很完美運行單例模式 缺點：不同平台編譯過程中可能會存在嚴重安全隱患。
  • 模擬分析 假設線程A執行到了singleton = new Singleton(); 語句，這裏看起來是一句代碼，但是它並不是一個原子操作，這句代碼最終會被編譯成多條匯編指令，它大致會做三件事情 （a）給Singleton的實例分配內存 （b）調用Singleton（）的構造函數，初始化成員字段 （c）將singleton對象指向分配的內存空間（即singleton不為空了） 但是由於Java編譯器允許處理器亂序執行，以及在jdk1.5之前，JMM（Java Memory Model：java內存模型）中Cache、寄存器、到主內存的回寫順序規定，上麵的步驟b 步驟c的執行順序是不保證了。也就是說執行順序可能是a-b-c，也可能是a-c-b,如果是後者的指向順序，並且恰恰在c執行完畢，b尚未執行時，被切換到線程B中，這時候因為singleton在線程A中執行了步驟c了，已經非空了，所以，線程B直接就取走了singleton，再使用時就會出錯。這就是DCL失效問題。 但是在JDK1.5之後，官方給出了volatile關鍵字，將singleton定義的代碼改成： private volatile static Singleton singleton; //使用volatile 關鍵字
  • 4.5 靜態內部類單例模式
  • 靜態內部類單例模式 public class Singleton { private Singleton (){} ;//私有的構造函數 public static final Singleton getInstance() { return SingletonHolder.INSTANCE; } //定義的靜態內部類 private static class SingletonHolder { private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); //創建實例的地方 } }
  • 優缺點 優點：延遲加載，線程安全（java中class加載時互斥的），也減少了內存消耗
  • 代碼分析 當第一次加載Singleton 類的時候並不會初始化INSTANCE ，隻有第一次調用Singleton 的getInstance（）方法時才會導致INSTANCE 被初始化。因此，第一次調用getInstance（）方法會導致虛擬機加載SingletonHolder 類，這種方式不僅能夠確保單例對象的唯一性，同時也延遲了單例的實例化。
  • 4.6 枚舉單例

  • 枚舉單例代碼

    public enum Singleton {  //enum枚舉類
INSTANCE; 
public void whateverMethod() { 

} 
}

  • 代碼分析

    枚舉單例模式最大的優點就是寫法簡單，枚舉在java中與普通的類是一樣的，不僅能夠有字段，還能夠有自己的方法，最重要的是默認枚舉實例是線程安全的，並且在任何情況下，它都是一個單例。即使是在反序列化的過程，枚舉單例也不會重新生成新的實例。而其他幾種方式，必須加入如下方法：才能保證反序列化時不會生成新的對象。
private Object readResolve()  throws ObjectStreamException{
return INSTANCE;
}

  • 4.7 使用容器實現單例模式

  • 代碼

    public class SingletonManager {
　　private static Map<String, Object> objMap = new HashMap<String,Object>();//使用HashMap作為緩存容器
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) ;//返回與key相對應的對象
　　}
}

  • 代碼分析

    在程序的初始，將多種單例模式注入到一個統一的管理類中，在使用時根據key獲取對應類型的對象。

  • 5.Android源碼中單例

  • 5.1 InputMethodManager中使用單例模式

  • 5.2 LayoutInflater使用的單例模式

  • 5.2 通過Context獲取係統級服務的單例模式

  • 6.單例模式總結

    • 總結：不管以哪種形式實現單例模式，它們的核心原理是將構造函數私有化，並且通過靜態公有方法獲取一個唯一的實例，在這個獲取的過程中必須保證線程的安全，同時也要防止反序列化導致重新生成實例對象。
    • 綜合考慮：推薦使用**4.4 DCL雙重校驗模式，****4.5 靜態內部類單例模式等等**
    • 單例對象如果持有Context，那麼很容易引發內存泄漏，此時要注意傳遞給單例對象的Context最好是Application Context

7.其他說明

最後更新：2017-10-18 22:34:44

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