設計模式之一：單例模式

時間 2019-11-16

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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php

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java

5.1 InputMethodManager中使用單例模式
5.2 LayoutInflater使用的單例模式
5.2 經過Context獲取系統級服務的單例模式

6.單例模式總結
7.其餘git

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，阿里雲，天行，乾貨集中營，極速數據，追書神器等等github

1.單例模式介紹數據庫

單例模式是應用最廣的模式，也是我最早知道的一種設計模式，在深刻了解單例模式以前，每當遇到如：getInstance（）這樣的建立實例的代碼時，我都會把它當作一種單例模式的實現。
單例模式特色設計模式
- 構造函數不對外開放，通常爲private
- 經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只有一個，尤爲是在多線程的環境下
- 確保單例類對象在反序列化時不會從新構造對象

2.單例模式定義緩存

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.單例模式使用場景安全

應用中某個實例對象須要頻繁的被訪問。
應用中每次啓動只會存在一個實例。如帳號系統，數據庫系統。

4.單例模式的實現方式多線程

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本身  
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）的單例模式分爲三個部分：私有的構造方法，私有的全局靜態變量，公有的靜態方法。
起到重要做用的是靜態修飾符static關鍵字，咱們知道在程序中，任何變量或者代碼都是在編譯時由系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，直到程序退出內存纔會釋放這個空間，所以也就保證了單例類的實例一旦建立，便不會被系統回收，除非手動設置爲null。

優缺點

優勢：延遲加載（須要的時候纔去加載）
缺點： 線程不安全，在多線程中很容易出現不一樣步的狀況，如在數據庫對象進行的頻繁讀寫操做時。

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併發線程訪問同一個類中的這個synchronized同步方法時， 一個時間內只能有一個線程獲得執行，另外一個線程必須等待當前線程執行完才能執行，所以同步方法使得線程安全，保證了單例只有惟一個實例。

優缺點

優勢：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，形成了沒必要要的同步開銷。這種模式通常不建議使用。

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建立，便永久存在
    private static Singleton instance = new Singleton(); 
    private Singleton (){} 
    public static Singleton getInstance() { 
        return instance; 
    } 
}

代碼分析

餓漢式在類建立的同時就已經建立好一個靜態的對象供系統使用，之後再也不改變，因此天生是線程安全的。其中instance=new Singleton()能夠寫成：
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，第一層判斷是爲了不沒必要要的同步，第二層的判斷是爲了在null的狀況下才建立實例。

優缺點

優勢：在併發量很少，安全性不高的狀況下或許能很完美運行單例模式
缺點：不一樣平臺編譯過程當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，可是它並非一個原子操做，這句代碼最終會被編譯成多條彙編指令，它大體會作三件事情：
（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不爲空了）；
可是因爲Java編譯器容許處理器亂序執行，以及在jdk1.5以前，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，上面的步驟b 步驟c的執行順序是不保證了。也就是說執行順序多是a-b-c，也多是a-c-b,若是是後者的指向順序，而且偏偏在c執行完畢，b還沒有執行時，被切換到線程B中，這時候由於singleton在線程A中執行了步驟c了，已經非空了，因此，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。
可是在JDK1.5以後，官方給出了volatile關鍵字，將singleton定義的代碼改爲：
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();  //建立實例的地方
    }
}

優缺點

優勢：延遲加載，線程安全（java中class加載時互斥的），也減小了內存消耗

代碼分析

當第一次加載Singleton 類的時候並不會初始化INSTANCE ，只有第一次調用Singleton 的getInstance（）方法時纔會致使INSTANCE 被初始化。所以，第一次調用getInstance（）方法會致使虛擬機加載SingletonHolder 類，這種方式不只可以確保單例對象的惟一性，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勢就是寫法簡單，枚舉在java中與普通的類是同樣的，不只可以有字段，還可以有本身的方法，最重要的是默認枚舉實例是線程安全的，而且在任何狀況下，它都是一個單例。即便是在反序列化的過程，枚舉單例也不會從新生成新的實例。而其餘幾種方式，必須加入以下方法：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做爲緩存容器
    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 經過Context獲取系統級服務的單例模式
6.單例模式總結併發
- 總結：無論以哪一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，而且經過靜態公有方法獲取一個惟一的實例，在這個獲取的過程當中必須保證線程的安全，同時也要防止反序列化致使從新生成實例對象。
- 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
- 單例對象若是持有Context，那麼很容易引起內存泄漏，此時要注意傳遞給單例對象的Context最好是Application Context

7.其餘說明