设计模式--单例模式几种写法及比较

在我们日常的工作中经常需要在应用程序中保持一个唯一的实例，如：IO处理，数据库操作等，由于这些对象都要占用重要的系统资源，所以我们必须限制这些实例的创建或始终使用一个公用的实例，这就是我们今天要介绍的——单例模式（Singleton）。

定义

单例模式，又称单件模式或者单子模式，指的是一个类只有一个实例，并且提供一个全局访问点。

实现思路

在单例的类中设置一个 private 静态变量instance，instance 类型为当前类，用来持有单例唯一的实例。
将（无参数）构造器设置为 private，避免外部使用 new 构造多个实例。
提供一个 public 的静态方法，如 getInstance，用来返回该类的唯一实例 instance。

类图

几种实现方式

由于使用场景不同，出现不同写法和模式，它们分别:

• 懒汉式

• 恶汉式

• 双重校验锁

• 枚举

• 静态内部类

由于枚举使用场景场景较少， 下面就不介绍，感兴趣的可以自行解决。

恶汉式

饿汉式指的是单例的实例在类装载时进行创建。由于是在类装时候创建， 所以能够保证线程安全。如果单例类的构造方法中没有包含过多的操作处理，饿汉式其实是可以接受的。

1. public class SingleInstance {

2.  private final static SingleInstance instance = new SingleInstance();

4.  public static SingleInstance getInstance() {

5.      return instance;

6.  }

7. }

不足：

• 如果构造方法中存在过多的处理，会导致加载这个类时比较慢，可能引起性能问题。

• 如果使用饿汉式的话，只进行了类的装载，并没有实质的调用，会造成资源的浪费。

懒汉式

懒汉式指的是单例实例在第一次使用时进行创建。这种情况下避免了上面饿汉式可能遇到的问题。

public class SingleInstance {

1.  private static SingleInstance instance;

2.  private SingleInstance() {

3.  }

5.  public static SingleInstance getInstance() {

6.      if (null == instance) {

7.          instance = new SingleInstance();

8.      }

9.      return instance;

10.  }

11. }

但是如果上面的代码在多线程并发的情况下就会发生问题， 因为它们存在共同的「临界资源」 instance, 比如线程A进入 null == instance 这段代码块，而在A线程未创建完成实例时，这时线程B也进入了该代码块，必然会造成两个实例的产生。

所以如果多线程这里要考虑加锁同步。代码实现如下：

1. public class SingleInstance {

2.  private static SingleInstance instance;

3.  private SingleInstance() {

4.  }

6.  public static synchronized SingleInstance getInstance() {

7.      if (null == instance) {

8.          instance = new SingleInstance();

9.      }

10.      return instance;

11.  }

12. }

如果使用 synchronized 修饰 getInstance 方法后必然会导致性能下降，而且 getInstance 是一个被频繁调用的方法。虽然这种方法能解决问题，但是不推荐使用在多线程的情况下。所以伟大人类又想到了 「双重检查加锁」。

双重校验锁

伟大人类想到首先进入该方法时进行 null == sInstance 检查，如果第一次检查通过，即没有实例创建，则进入 synchronized 控制的同步块,并再次检查实例是否创建，如果仍未创建，则创建该实例。

1. public class SingleInstance {

2.  private static SingleInstance instance;

3.  private SingleInstance() {

4.  }

6.  public static SingleInstance getInstance() {

7.      if (null == instance) {

8.          synchronized (SingleInstance.class) {

9.              if(null == instance) {

10.                  instance = new SingleInstance();

11.              }

12.          }

13.      }

14.      return instance;

15.  }

16. }

双重检查加锁保证了多线程下只创建一个实例，并且加锁代码块只在实例创建的之前进行同步。如果实例已经创建后，进入该方法，则不会执行到同步块的代码。

静态内部类

1. public class SingleInstance {

2.  private SingleInstance() {

3.  }

5.  public static SingleInstance getInstance() {

6.      return SingleInstanceHolder.sInstance;

7.  }

9.  private static class SingleInstanceHolder {

10.      private static SingleInstance sInstance = new SingleInstance();

11.  }

12. }

上面的代码 Singleton 类被装载了，instance 不一定被初始化。因为 SingletonHolder 类没有被主动使用，只有显示通过调用 getInstance 方法时，才会显示装载 SingletonHolder 类，从而实例化 instance。想象一下，如果实例化 instance 很消耗资源，我想让它延迟加载， 上面就能这种方式就能达到。

优点:

• 单例模式（Singleton）会控制其实例对象的数量，从而确保访问对象的唯一性。

• 实例控制：单例模式防止其它对象对自己的实例化，确保所有的对象都访问一个实例。

• 伸缩性：因为由类自己来控制实例化进程，类就在改变实例化进程上有相应的伸缩性。

缺点:

• 系统开销。虽然这个系统开销看起来很小，但是每次引用这个类实例的时候都要进行实例是否存在的检查。这个问题可以通过静态实例来解决。

• 使用多个类加载器加载单例类，也会导致创建多个实例并存的问题。

• 使用反射，虽然构造器为非公开，但是在反射面前就不起作用了。

• 对象生命周期。因为单例模式没有提出对象的销毁， 所以使用时容易造成内存泄漏， 例如在 Android 中在 Activity 中使用单例， 所以我们要额外小心。

使用场景

• 系统只需要一个实例对象，如系统要求提供一个唯一的序列号生成器，或者需要考虑资源消耗太大而只允许创建一个对象。

• 不要使用单例模式存取全局变量。这违背了单例模式的用意，最好放到对应类的静态成员中。

• 在一个系统中要求一个类只有一个实例时才应当使用单例模式。反过来，如果一个类可以有几个实例共存，就需要对单例模式进行改进，使之成为多例模式

Android 系统中的应用

在 Android 系统中， 大量使用单例模式， 我们来看一下。

恶汉式：

1. public class CallManager {

2.    ...

3.    // Singleton instance

4.    private static final CallManager INSTANCE = new CallManager();

6.    public static CallManager getInstance() {

7.        return INSTANCE;

8.    }

9.    ....

10. }

懒汉式非线程安全实现方式:

1. class SnackbarManager {

2.    .....

3.    private static SnackbarManager sSnackbarManager;

5.    static SnackbarManager getInstance() {

6.        if (sSnackbarManager == null) {

7.            sSnackbarManager = new SnackbarManager();

8.        }

9.        return sSnackbarManager;

10.    }

11. }

懒汉式线程安全实现方式:

1. public class SystemConfig {

2.    ...

3.    static SystemConfig sInstance;

4.    ...

5.    public static SystemConfig getInstance() {

6.        synchronized (SystemConfig.class) {

7.            if (sInstance == null) {

8.                sInstance = new SystemConfig();

9.            }

10.            return sInstance;

11.        }

12.    }

13. }

总结

一般的情况下，构造方法没有太多处理时，我会使用「恶汉」方式， 因为它简单易懂，而且在JVM层实现了线程安全（如果不是多个类加载器环境）。只有在要明确实现延迟加载效果时我才会使用「静态内部类」方式。