設(shè)計(jì)模式之單例模式詳解

單例模式寫法大全，也許有你不知道的寫法

導(dǎo)航

• 引言
• 什么是單例？
• 單例模式作用
• 單例模式的實(shí)現(xiàn)方法

引言

單例模式想必是大家接觸的比較多的一種模式了，就算沒用過但是肯定聽過他的鼎鼎大名了。在我初入編程界時(shí)聽到最多的就是單例模式，工廠模式，觀察者模式了。特別是觀察者模式在Android開發(fā)中幾乎是隨處可見，不過今天我們先來學(xué)習(xí)一個(gè)看似簡(jiǎn)單很多的單例模式。

什么是單例模式？

單例模式確保某一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例。

單例模式有什么用？

為什么要確保一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例？有什么時(shí)候才需要用到單例模式呢？聽起來一個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例好像沒什么用呢！
那我們來舉個(gè)例子。比如我們的APP中有一個(gè)類用來保存運(yùn)行時(shí)全局的一些狀態(tài)信息，如果這個(gè)類實(shí)現(xiàn)不是單例的，那么App里面的組件能夠隨意的生成多個(gè)類用來保存自己的狀態(tài)，等于大家各玩各的，那這個(gè)全局的狀態(tài)信息就成了笑話了。而如果把這個(gè)類實(shí)現(xiàn)成單例的，那么不管App的哪個(gè)組件獲取到的都是同一個(gè)對(duì)象（比如Application類，除了多進(jìn)程的情況下）。

怎么實(shí)現(xiàn)單例模式？

單例模式的定義和功能都是比較簡(jiǎn)單清楚的東西，那么到底怎么實(shí)現(xiàn)這個(gè)模式呢？

1.餓漢式

可能有的小伙伴們會(huì)想到利用Java的靜態(tài)域初始化機(jī)制來實(shí)現(xiàn)

public class SimpleSingleton {

    private static SimpleSingleton instance=new SimpleSingleton();

    /**
     * 構(gòu)造方法私有化，幾乎所有的單例模式實(shí)現(xiàn)都會(huì)將構(gòu)造方法私有化
     */
    private SimpleSingleton() {
    }

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

??這種寫法很簡(jiǎn)單，先把構(gòu)造函數(shù)設(shè)為private的（幾乎大部分的單例寫法都會(huì)這么做）。然后在類中設(shè)置一個(gè)靜態(tài)的字段，并調(diào)用構(gòu)造函數(shù)。這樣jvm在加載這個(gè)類的時(shí)候就會(huì)自動(dòng)初始化這個(gè)類，接著每次需要使用的時(shí)候都調(diào)用getInstance方法獲得類實(shí)例。而java的語法規(guī)則保證new SimpleSingleton()自會(huì)調(diào)用一次。

??使用這種方式實(shí)現(xiàn)的單例是線程安全的（這一點(diǎn)是由jvm保證的），并且在類加載的時(shí)候就已經(jīng)生成了一個(gè)實(shí)例，當(dāng)調(diào)用的時(shí)候get獲取這個(gè)實(shí)例是就非?？臁?/p>

凡事都有優(yōu)缺點(diǎn)，餓漢式單例也不例外。他的一個(gè)很明顯的缺點(diǎn)就是在性能上。jvm會(huì)在加載類的時(shí)候直接初始化實(shí)例，而如果這個(gè)類的實(shí)例在應(yīng)用中使用頻率并不高，有的時(shí)候整個(gè)App從被用戶打開到結(jié)束都不會(huì)使用一次這個(gè)類實(shí)例，那么這個(gè)初始化的操作就是完全浪費(fèi)了。

為了解決這個(gè)問題，我們想了一種新的實(shí)現(xiàn)方式。

2.懶漢式

public class ServiceNotThreadSafe {

    public static ServiceNotThreadSafe INSTANCE = null;

    /**
     * 必備操作
     */
    private ServiceNotThreadSafe() {
    }

    /**
     * @return instance
     */
    public static ServiceNotThreadSafe getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {
            INSTANCE = new ServiceNotThreadSafe();
        }
        return INSTANCE;
    }
}

懶漢式的寫法有一個(gè)懶加載的效果，只有當(dāng)?shù)谝淮握{(diào)用getInstance方法時(shí)才會(huì)去實(shí)例化一個(gè)對(duì)象?？赡芗?xì)心的小伙伴已經(jīng)注意到這個(gè)很直白的類名了NotThreadSafe。沒錯(cuò)這種寫法在單線程中沒有任何問題，但是在并發(fā)程序中就無法保證 類實(shí)例只有一個(gè)的情況了。

為了解決上面的問題，我們相出了一個(gè)新的寫法

3.懶漢式 —— 單鎖定法

public class ServiceThreadSafe {

    public static ServiceThreadSafe instance;

    /**
     * 還是常規(guī)操作的私有構(gòu)造函數(shù)
     */
    private ServiceThreadSafe() {
    }

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

這種寫法沒什么好說的，只是在getInstance方法上加了一個(gè)內(nèi)置同步鎖，從而保證了線程安全。但是也因此引入了一個(gè)新的問題 —— 同步鎖范圍太大，影響并發(fā)性能（在getInstance方法并不是頻繁調(diào)用下問題不大）。

為了解決這個(gè)問題，聰明的程序員們想到了另一種寫法。

4.雙重鎖定法

public class ServiceDoubleCheck {

    /**
     * 注意這里加了 volatile 修飾符，用來保證內(nèi)存可見性（限制指令重排序）。
     * 具體各位小伙伴可以Google一下。
     * 如果你沒加這個(gè)修飾符的話，那么具體結(jié)果只能看編譯器，jvm和cpu的心情了O(∩_∩)O~~
     */
    public static volatile ServiceDoubleCheck instance = null;

    /**
     * 大家都懂得操作
     */
    private ServiceDoubleCheck() {
    }

    /**
     * 理論上只要第一次的時(shí)候才會(huì)完全走完整個(gè)方法，之后進(jìn)入這個(gè)方法時(shí)instance==null都不成立
     * 而不用在進(jìn)入內(nèi)部的同步代碼塊，帶來新能上的優(yōu)勢(shì)
     * @return
     */
    public static ServiceDoubleCheck getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (ServiceDoubleCheck.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new ServiceDoubleCheck();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

優(yōu)點(diǎn)：

• 資源利用率高，懶加載的形式，不使用就不會(huì)實(shí)例化
• 線程安全
  缺點(diǎn)：
• 寫法略微繁瑣
• 第一次加載時(shí)速度不快

5.懶漢式靜態(tài)內(nèi)部類寫法

public class ServiceInner {

    /**
     * 實(shí)現(xiàn)一個(gè)靜態(tài)內(nèi)部類
     */
    private static class Instance{
        private static ServiceInner instance=new ServiceInner();
    }
    
    public static ServiceInner getInstance(){
        return Instance.instance;
    }

    private ServiceInner() {
    }

}

優(yōu)點(diǎn)：

• 線程安全
• 懶加載形式，資源利用率高
  缺點(diǎn)：
• 第一次加載速度不快

6.枚舉實(shí)現(xiàn) —— 一個(gè)《effective java》 作者都推薦的方法

public class Resources {

    public enum ResourcesInstance {
        INSTANCE;

        private Resources instance;

        ResourcesInstance() {
            this.instance = new Resources();
        }

        public Resources getInstance() {
            return instance;
        }
    }
}

之前介紹過的哪些單例實(shí)現(xiàn)都有一個(gè)問題，就是不能保證序列化生成另一個(gè)實(shí)例。比如先序列化寫入到文件，然后再從文件讀取反序列化回來，這樣子我們就會(huì)得到兩個(gè)實(shí)例，這就違背了單例的原則。而用枚舉實(shí)現(xiàn)能解決這個(gè)問題。

總結(jié)

基本上單例的實(shí)現(xiàn)方法都介紹完了，一般實(shí)際應(yīng)用中如果對(duì)象的實(shí)例化并不是很耗費(fèi)資源的話使用最簡(jiǎn)單的餓漢法就行了。如果需要對(duì)象懶加載則可以選用雙重鎖定法（如果不需要考慮線程安全的話可以使用簡(jiǎn)單的懶漢式）。而要在序列化的過程中保證單例的話就要使用枚舉的方法來實(shí)現(xiàn)了。