设计模式之单例模式

1. 概念：

某个类有且仅有一个实例，通过自行实例化向整个系统提供这个实例，这种设计模式被称作单例模式。

2. 特点：

1. 单例类只能有一个实例
2. 单例类必须自己创建自己的唯一实例
3. 单例类必须给所有其他对象提供这一实例

3. 关键点：

1. 构造函数私有化
2. 通过一个静态方法或枚举返回单例对象
3. 确保单例类的对象有且仅有一个，特别是多线程环境下
4. 确保单例类在反序列化时不会重新构建对象

4. 实现方式：

4.1 饿汉式

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

在单例类初始化时，已经自行实例化，所以饿汉式单例是线程安全的，每次获取单例对象时直接返回该实例，这样节省时间，但由于实例本身是静态的，会一直占据内存空间。  

4.2 懒汉式

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

只有在使用时才会进行实例化，此种方式实现是线程不安全的，虽然在一定程度上节省了内存空间，但同时导致时间的损耗，而且每次调用getInstance时都进行同步，造成不必要的同步开销。  

4.3 Double Check Lock (DLC)

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

DLC方式实现单例既能够在需要时才会实例化，又能保证线程安全，在实例化之后调用getInstance不再进行同步锁。
另外，上述代码中instance = new Singleton()语句，实际并不是一个原子操作，它可以分为三个步骤：
1. 给Singleton的实例分配内存；
2. 调用Singleton的构造函数，初始化成员变量；
3. 将instance对象指向分配的内存空间（此时instance != null）。
但是由于Java编译器允许处理器乱序执行，在JDK1.5之前的JVM中，上述2和3的执行顺序是无法保证的，也就是说执行顺序有可能是1-2-3或者1-3-2。如果是后者的话，在多线程并发的情况下就有可能出错。在JDK1.5之后可以使用volatile关键字，保证instance对象每次都是从主内存中读取。

4.4 静态内部类单例模式

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

此方式的单例在第一次加载Singleton类时并不会实例化，只有第一次调用getInstance方法时才会实例化。第一次调用getInstance会导致虚拟机加载SingletonHolder类，这种方式既能确保线程安全，也能保证对象唯一，同时也延迟了单例的实例化，这是推荐使用的单例模式实现方式。

4.5 枚举单例

public enum Singleton {
    INSTANCE;
}

默认枚举实例的创建都是线程安全的，并且在任何情况下都是只有一个实例。
其他方式的单例，在反序列化后readObject方法会返回一个新实例，枚举单例不存在此问题，其他方式的单例可以通过重写readResolve方法避免：

private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
    return instance;
}

4.6 使用容器实现单例

public class SingletonManager {
    private static HashMap<String, Object> map = new HashMap();
    
    private SingletonManager() {
        
    }
    
    public static void registerService(String key, Object instance) {
        if (!map.containsKey(key) {
            map.put(key, instance);
        }
    }
    
    public static Object getService(String key) {
        return map.get(key);
    }
}

在程序的初始，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。这种方式可以管理多种类型的单例，并且可以在使用时可以通过统一的借口进行获取，降低了使用成本，也隐藏了具体实现，降低耦合度。
例如Android系统中，使用context获取系统级别的服务，就是用的该方式

注意：

单例对象如果持有Context，很容易引发内存泄漏，最好使用Application Context。

参考资料：

《Android源码设计模式解析与实战》