單例模式介紹
單例模式是設(shè)計(jì)模式中最常見也最簡(jiǎn)單的一種設(shè)計(jì)模式亚铁，單例模式的主要作用是保證在Java程序中失息，某個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例存在氯质。一些管理器和控制器常被設(shè)計(jì)成單例模式募舟。比如在android實(shí)際APP 開發(fā)中用到的 賬號(hào)信息對(duì)象管理， 數(shù)據(jù)庫對(duì)象（SQLiteOpenHelper）等都會(huì)用到單例模式闻察。
單例模式有很多好處拱礁，它能夠避免實(shí)例對(duì)象的重復(fù)創(chuàng)建，不僅可以減少每次創(chuàng)建對(duì)象的時(shí)間開銷辕漂，還可以節(jié)約內(nèi)存空間呢灶；能夠避免由于操作多個(gè)實(shí)例導(dǎo)致的邏輯錯(cuò)誤。如果一個(gè)對(duì)象有可能貫穿整個(gè)應(yīng)用程序钉嘹，而且起到了全局統(tǒng)一管理控制的作用填抬，那么單例模式也許是一個(gè)值得考慮的選擇。
單例模式有很多種寫法隧期，大部分寫法都或多或少有一些不足飒责。下面將分別對(duì)這幾種寫法進(jìn)行介紹。
單例模式寫法
- 餓漢模式
public class Singleton{
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton(){}
public static Singleton newInstance(){
return instance;
}
}
從代碼中我們看到仆潮，類的構(gòu)造函數(shù)定義為private的宏蛉，保證其他類不能實(shí)例化此類，然后提供了一個(gè)靜態(tài)實(shí)例并返回給調(diào)用者性置。餓漢模式是最簡(jiǎn)單的一種實(shí)現(xiàn)方式拾并，餓漢模式在類加載的時(shí)候就對(duì)實(shí)例進(jìn)行創(chuàng)建，實(shí)例在整個(gè)程序周期都存在鹏浅。它的好處是只在類加載的時(shí)候創(chuàng)建一次實(shí)例嗅义，不會(huì)存在多個(gè)線程創(chuàng)建多個(gè)實(shí)例的情況，避免了多線程同步的問題隐砸。它的缺點(diǎn)也很明顯之碗，即使這個(gè)單例沒有用到也會(huì)被創(chuàng)建，而且在類加載之后就被創(chuàng)建季希，內(nèi)存就被浪費(fèi)了褪那。
這種實(shí)現(xiàn)方式適合單例占用內(nèi)存比較小，在初始化時(shí)就會(huì)被用到的情況式塌。但是博敬，如果單例占用的內(nèi)存比較大，或單例只是在某個(gè)特定場(chǎng)景下才會(huì)用到峰尝，使用餓漢模式就不合適了偏窝，這時(shí)候就需要用到懶漢模式進(jìn)行延遲加載。
- 懶漢模式
public class Singleton{
//持有私有靜態(tài)實(shí)例武学，防止被引用祭往，此處賦值為null，目的是實(shí)現(xiàn)延遲加載
private static Singleton instance = null;
/* 私有構(gòu)造方法劳淆，防止被實(shí)例化 */
private Singleton(){}
/* 1:懶漢式链沼，靜態(tài)工程方法，創(chuàng)建實(shí)例 */
public static Singleton newInstance(){
if(null == instance){
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
懶漢模式中單例是在需要的時(shí)候才去創(chuàng)建的沛鸵，如果單例已經(jīng)創(chuàng)建括勺，再次調(diào)用獲取接口將不會(huì)重新創(chuàng)建新的對(duì)象，而是直接返回之前創(chuàng)建的對(duì)象曲掰。如果某個(gè)單例使用的次數(shù)少疾捍，并且創(chuàng)建單例消耗的資源較多，那么就需要實(shí)現(xiàn)單例的按需創(chuàng)建栏妖，這個(gè)時(shí)候使用懶漢模式就是一個(gè)不錯(cuò)的選擇乱豆。但是這里的懶漢模式并沒有考慮線程安全問題，在多個(gè)線程可能會(huì)并發(fā)調(diào)用它的getInstance()方法吊趾，導(dǎo)致創(chuàng)建多個(gè)實(shí)例宛裕，因此需要加鎖解決線程同步問題瑟啃，實(shí)現(xiàn)如下。
public class Singleton{
private static Singleton instance = null;
private Singleton(){}
public static synchronized Singleton newInstance(){
if(null == instance){
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
優(yōu)點(diǎn)：解決了線程不安全的問題揩尸。
缺點(diǎn)：效率有點(diǎn)低蛹屿，每次調(diào)用實(shí)例都要判斷同步鎖
- 雙重校驗(yàn)鎖
加鎖的懶漢模式看起來即解決了線程并發(fā)問題，又實(shí)現(xiàn)了延遲加載岩榆，然而它存在著性能問題错负，依然不夠完美。synchronized修飾的同步方法比一般方法要慢很多勇边，如果多次調(diào)用getInstance()犹撒，累積的性能損耗就比較大了。因此就有了雙重校驗(yàn)鎖粒褒，先看下它的實(shí)現(xiàn)代碼识颊。
public class Singleton {
private static Singleton instance = null;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {//2
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
可以看到上面在同步代碼塊外多了一層instance為空的判斷。由于單例對(duì)象只需要?jiǎng)?chuàng)建一次怀浆，如果后面再次調(diào)用getInstance()只需要直接返回單例對(duì)象谊囚。因此，大部分情況下执赡，調(diào)用getInstance()都不會(huì)執(zhí)行到同步代碼塊镰踏，從而提高了程序性能。不過還需要考慮一種情況沙合，假如兩個(gè)線程A奠伪、B，A執(zhí)行了if (instance == null)語句首懈，它會(huì)認(rèn)為單例對(duì)象沒有創(chuàng)建绊率，此時(shí)線程切到B也執(zhí)行了同樣的語句，B也認(rèn)為單例對(duì)象沒有創(chuàng)建究履，然后兩個(gè)線程依次執(zhí)行同步代碼塊滤否，并分別創(chuàng)建了一個(gè)單例對(duì)象。為了解決這個(gè)問題最仑，還需要在同步代碼塊中增加if (instance == null)語句藐俺，也就是上面看到的代碼2。
我們看到雙重校驗(yàn)鎖即實(shí)現(xiàn)了延遲加載泥彤，又解決了線程并發(fā)問題欲芹，同時(shí)還解決了執(zhí)行效率問題，是否真的就萬無一失了呢吟吝？
這里要提到Java中的指令重排優(yōu)化菱父。所謂指令重排優(yōu)化是指在不改變?cè)Z義的情況下，通過調(diào)整指令的執(zhí)行順序讓程序運(yùn)行的更快。JVM中并沒有規(guī)定編譯器優(yōu)化相關(guān)的內(nèi)容浙宜，也就是說JVM可以自由的進(jìn)行指令重排序的優(yōu)化官辽。
這個(gè)問題的關(guān)鍵就在于由于指令重排優(yōu)化的存在，導(dǎo)致初始化Singleton和將對(duì)象地址賦給instance字段的順序是不確定的粟瞬。在某個(gè)線程創(chuàng)建單例對(duì)象時(shí)野崇，在構(gòu)造方法被調(diào)用之前，就為該對(duì)象分配了內(nèi)存空間并將對(duì)象的字段設(shè)置為默認(rèn)值亩钟。此時(shí)就可以將分配的內(nèi)存地址賦值給instance字段了，然而該對(duì)象可能還沒有初始化鳖轰。若緊接著另外一個(gè)線程來調(diào)用getInstance清酥，取到的就是狀態(tài)不正確的對(duì)象，程序就會(huì)出錯(cuò)蕴侣。
以上就是雙重校驗(yàn)鎖會(huì)失效的原因焰轻，不過還好在JDK1.5及之后版本增加了volatile關(guān)鍵字。volatile的一個(gè)語義是禁止指令重排序優(yōu)化昆雀，也就保證了instance變量被賦值的時(shí)候?qū)ο笠呀?jīng)是初始化過的辱志，從而避免了上面說到的問題。代碼如下：
public class Singleton {
private static volatile Singleton instance = null;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
- 靜態(tài)內(nèi)部類
public class Singleton{
private static class SingletonHolder{
public static Singleton instance = new Singleton();
}
private Singleton(){}
public static Singleton newInstance(){
return SingletonHolder.instance;
}
}
這種方式同樣利用了類加載機(jī)制來保證只創(chuàng)建一個(gè)instance實(shí)例狞膘。它與餓漢模式一樣揩懒，也是利用了類加載機(jī)制，因此不存在多線程并發(fā)的問題挽封。不一樣的是已球，它是在內(nèi)部類里面去創(chuàng)建對(duì)象實(shí)例。這樣的話辅愿，只要應(yīng)用中不使用內(nèi)部類智亮，JVM就不會(huì)去加載這個(gè)單例類，也就不會(huì)創(chuàng)建單例對(duì)象点待，從而實(shí)現(xiàn)懶漢式的延遲加載阔蛉。也就是說這種方式可以同時(shí)保證延遲加載和線程安全。
- 枚舉
public enum Singleton{
instance;
public void whateverMethod(){}
}
上面提到的四種實(shí)現(xiàn)單例的方式都有共同的缺點(diǎn)：
1）需要額外的工作來實(shí)現(xiàn)序列化癞埠，否則每次反序列化一個(gè)序列化的對(duì)象時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的實(shí)例状原。
2）可以使用反射強(qiáng)行調(diào)用私有構(gòu)造器（如果要避免這種情況，可以修改構(gòu)造器燕差，讓它在創(chuàng)建第二個(gè)實(shí)例的時(shí)候拋異常）遭笋。
而枚舉類很好的解決了這兩個(gè)問題，使用枚舉除了線程安全和防止反射調(diào)用構(gòu)造器之外徒探，還提供了自動(dòng)序列化機(jī)制瓦呼，防止反序列化的時(shí)候創(chuàng)建新的對(duì)象。因此，《Effective Java》作者推薦使用的方法央串。不過磨澡，在實(shí)際工作中，很少看見有人這么寫质和。
總結(jié)
本文總結(jié)了五種Java中實(shí)現(xiàn)單例的方法稳摄，其中前兩種都不夠完美，雙重校驗(yàn)鎖和靜態(tài)內(nèi)部類的方式可以解決大部分問題饲宿，平時(shí)工作中使用的最多的也是這兩種方式厦酬。枚舉方式雖然很完美的解決了各種問題，但是這種寫法多少讓人感覺有些生疏瘫想。個(gè)人的建議是仗阅，在沒有特殊需求的情況下，使用第三種和第四種方式實(shí)現(xiàn)單例模式国夜。
在android中使用內(nèi)存泄漏問題
因?yàn)閱卫撵o態(tài)特性使得單例的生命周期和應(yīng)用的生命周期一樣長(zhǎng)减噪， 這就說明了如果一個(gè)對(duì)象已經(jīng)不需要使用了，而單例對(duì)象還持有該對(duì)象的引用车吹，那么這個(gè)對(duì)象將不能被正吵镌＃回收，這就導(dǎo)致了內(nèi)存泄漏窄驹。
Android中習(xí)慣使用單例的常見類： xxxManager , xxxHelper , xxxUtils 等
而造成泄漏的原因：
1.是擁有更長(zhǎng)生命周期的對(duì)象持有短生命周期對(duì)象的強(qiáng)引用朝卒。
2.單例對(duì)象的生命周期是和應(yīng)用一樣的，所以如果它沒有持有比它生命周期更短的對(duì)象的引用自然沒事馒吴。
需要注意單例中持有對(duì)象的生命周期扎运，防止內(nèi)存泄漏。
