设计模式1---单例模式(Singleton pattern)
单例模式Singleton
面试的时候,问到许多年轻的Android开发他所会的设计模式是什么,基本上都会提到单例模式,但是对
单例模式也是一知半解,在Android开发中我们经常会运用单例模式,所以我们还是要更了解单例模式才对。
定义:保证一个类仅有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点。
单例模式结构图:
单例模式有多种写法各有利弊,现在
我们来看看各种模式写法。
1. 饿汉模式
public class Singleton {
private static final Singleton instance = new Singleton(); private Singleton (){
}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
这种方式在类加载时就完成了初始化,所以类加载较慢,但获取对象的速度快。 这种方式基于类加载机制避免了多线程的同步问题,
但是也不能确定有其他的方式(或者其他的静态方法)导致类装载,这时候初始化instance显然没有达到懒加载的效果。
2. 懒汉模式(线程不安全)
public class Singleton {
private static Singleton instance; private Singleton (){
} public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
} }
懒汉模式申明了一个静态对象,在用户第一次调用时初始化,虽然节约了资源,但第一次加载时需要实例化,
反映稍慢一些,而且在多线程不能正常工作。
3. 懒汉模式(线程安全)
public class Singleton {
private static Singleton instance; private Singleton (){
} public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
} }
这种写法能够在多线程中很好的工作,但是每次调用getInstance方法时都需要进行同步,造成不必要的同步开销,
而且大部分时候我们是用不到同步的,所以不建议用这种模式。
4. 双重检查模式 (DCL)
public class Singleton {
private volatile static Singleton singleton; private Singleton(){
} public static Singleton getInstance() {
if (instance== null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance== null) {
instance= new Singleton();
}
}
}
return singleton;
} }
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
二次是在singleton等于null的情况下才创建实例。在这里用到了volatile关键字,不了解volatile关键
字的可以查看Java多线程(三)volatile域这篇文章,在这篇文章我也提到了双重
检查模式是正确使用volatile关键字的场景之一。
在这里使用volatile会或多或少的影响性能,但考虑
到程序的正确性,牺牲这点性能还是值得的。 DCL优点是资源利用率高,第一次执行getInstance时单例
对象才被实例化,效率高。缺点是第一次加载时反应稍慢一些,在高并发环境下也有一定的缺陷,虽然
发生的概率很小。DCL虽然在一定程度解决了资源的消耗和多余的同步,线程安全等问题,但是他还是在
某些情况会出现失效的问题,也就是DCL失效,在《java并发编程实践》一书建议用**静态内部类单例模
式**来替代DCL。
5. 静态内部类单例模式
public class Singleton {
private Singleton(){
} public static Singleton getInstance(){
return SingletonHolder.sInstance;
} private static class SingletonHolder {
private static final Singleton sInstance = new Singleton();
} }
第一次加载Singleton类时并不会初始化sInstance,只有第一次调用getInstance方法时虚拟机加载
SingletonHolder 并初始化sInstance ,这样不仅能确保线程安全也能保证Singleton类的唯一性,所以
推荐使用静态内部类单例模式。
6. 枚举单例
public enum Singleton {
INSTANCE; public void doSomeThing() {
} }
默认枚举实例的创建是线程安全的,并且在任何情况下都是单例,上述讲的几种单例模式实现中,有一种
情况下他们会重新创建对象,那就是反序列化,将一个单例实例对象写到磁盘再读回来,从而获得了一个
实例。反序列化操作提供了readResolve方法,这个方法可以让开发人员控制对象的反序列化。在上述的几
个方法示例中如果要杜绝单例对象被反序列化是重新生成对象,就必须加入如下方法:
private Object readResolve() throws ObjectStreamException{
return singleton;
}
枚举单例的优点就是简单,但是大部分应用开发很少用枚举,可读性并不是很高,不建议用。
7. 使用容器实现单例模式
public class SingletonManager {
private static Map<String, Object> objMap = new HashMap<String,Object>();
private Singleton() {
} public static void registerService(String key, Objectinstance) {
if (!objMap.containsKey(key) ) {
objMap.put(key, instance) ;
}
} public static Object getService(String key) {
return objMap.get(key) ;
} }
用SingletonManager 将多种的单例类统一管理,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。
总结
到这里七中写法都介绍完了,至于选择用哪种形式的单例模式,取决于你的项目本身,是否
是有复杂的并发环境,还是需要控制单例对象的资源消耗。
基于volatile的双重检查锁(double-checked locking)
public class Singleton {
//private static Singleton instance = null;
//防止DCL失效问题,保证instance对象每次都是从住内存中读取
private static volatile Singleton instance = null; private Singleton() {} public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) { //避免不必要的同步
synchronized (Singleton.class) {
//在instance = null下创建实例
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
} }
缺点
:
- JDK1.5以上版本才有volatile。
优点
:
- 资源利用率高,第一次执行getInstance()时才会被实例化,效率高。
只是看起来很完美
指令重排
new Instance()到底发生了什么?
解决方案1
解决方案2
点击(此处)折叠或打开
public class InstanceHolder{
private Instance(){} //Lazy initialization holder class idiom for static fields
private static class Inner{
private static final Instance ins = new Instance()
} public static Instance getInstance(){
return Inner.ins;
}
}
原理:一个类只有在被使用时才会初始化,而类初始化过程是非并行的,这些都由JLS能保证。
静态内部类单例模式
在《Java 并发编程实践》中提及了DCL失效的问题(上面基于volatile的双重检查锁例子中注释的部分),建议使用如下代码替换:
public class Singleton {
private static final Singleton sInstance; private Singleton() {
} public static Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.sInstance; } private static class SingletonHolder {
sInstance = new Singleton();
} }
优点
:
- 资源利用率高,第一次执行getInstance()时才会被实例化,效率高。
- 不仅保证线程安全,而且也保证了单例对象的唯一性,同时也延迟了单例的实例化,所以这才是
推荐使用
的单例模式实现方式。
枚举单例
public class SingletonEnum {
INSTANCE; public void doSomething() {
//do something;
} }
优点
:
- 枚举在Java中于普通的类一样,可以有字段,方法。 默认枚举创建的实例是线程安全的。
- 使用enum实现的单例自带防序列化。
然而上述的几种单例模式实现中在反序列化时会重新创建对象。要杜绝单例对象重新生成对象,必须要加入如下方法:
private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
return sInstance;
}
参考资料
- [1]《Android源码设计模式解析和实战》
- [2]《Java 并发编程实践》
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