你真的了解单例吗？

最新在阅读《Android源码设计模式解析与实战》一书，我觉得写的很清晰，每一个知识点都有示例，通过示例更加容易理解。书中的知识点有些都接触过，有的没有接触过，总之，通过阅读这本书来梳理一下知识点，可能有些东西在项目中一直在使用，然并不能笼统，清理的说明理解它。本文主要是记录阅读这本书的知识点和自己的一些理解。一来整理知识点，二来方便以后查看，快速定位。

目录

1.定义
2.使用场景
3.实现方法
4.Android源码中的单例分析
5.总结

定义

确保某一个类只有一个实例，而且自行实例化并向整个系统提供这个实例。

使用场景

确保某个类只有一个实例，是避免多个对象耗费过多的资源。比如对IO活或数据库的操作。再比如ImageLoader(图片加载框架)，它中有线程池，缓存系统，网路请求等都是非常消耗资源的。这时候应该考虑使用单例。

UML

角色介绍：
* Client：高层客户端（调用端）
* Singleton：单例类

实现单例类主要有以下几个关键点：
* 1.构造函数不对外开放，一般为private
* 2.通过一个静态方法或者枚举返回该类的实例
* 3.确保该类只有一个实例，尤其是在多线程环境下
* 4.确保单例对象在反序列化时不会重新构建对象

通过单例类构造方法的私有化，客户端不能通过new的方式创建对象，单例类会暴露一个公有的静态方法来获取该类的实例。在获取这个实例的过程中需要保证线程安全。这也是单例实现中比较困难的地方。

实现方式

1.饿汉式

public class Singleton {

    //在声明的时候就创建实例
    private static Singleton sInstance = new Singleton();

    //构造方法私有化
    private Singleton(){

    }

    //提供一个公有的静态方法来获取实例
    public static Singleton getInstance(){
        return sInstance;
    }
}

饿汉式： 在类创建的同时就已经创建好一个静态的对象供系统使用,以后不在改变。所以饿汉式是线程安全的。但是一开始就创建了实例，不管使不使用。

2.懒汉式

public class Singleton {

    private static Singleton sInstance;

    //构造方法私有化
    private Singleton(){}

    //提供一个公有的静态方法来获取实例
    public static synchronized Singleton getInstance(){
        if(sInstance == null){
            sInstance = new Singleton();
        }
        return sInstance;
    }
}

懒汉式：声明一个静态对象，并在第一次调用getInstance时进行初始化。但是这样是不能保证线程安全的。所以加上了synchronized，该方法就成了同步方法。但是这样的写法有一个问题就是每次调用getInstance都会进行同步，即使mInstance被初始化，这样会让费不必要的资源。

双重检查写法

public class Singleton {

    private static Singleton sInstance;

    //构造方法私有化
    private Singleton(){}

    //提供一个公有的静态方法来获取实例
    public static Singleton getInstance(){
        if(sInstance == null){
            synchronized(Singleton.class){
                if(sInstance == null){
                    sInstance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return sInstance;
    }
}

在getInstance方法中对mInstance进行了两次判空：第一次判空主要是避免不必要的同步；第二次判空是为了在null的情况下创建实例。

这是什么意思呢？假设A线程执行到了 sInstance = new Singleton();语句，看起来是一句代码但实际上不是一个原子操作，会被编译成多条汇编指令，它大概做了3件事：
* （1）给Singleton实例分配内存
* （2）调用Singleton的构造方法，初始化成员字段
* （3）将sInstance指向分配的内存空间（此时sInstance不再是null了）
处理器为了提高程序运行效率，可能会对输入代码进行优化（指令重排序），它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致，但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。指令重排序不会影响单个线程的执行，但是会影响到线程并发执行的正确性。也就是说上面的第二和第三顺序是无法保证的，执行的顺序可能是1-2-3，也可能是1-3-2，如果是后者，并且在3执行完，2未执行的情况下切换到了B线程，因为在A中已经被实例化了，所以B直接使用，因为2还没有执行，所以就会报错。这就是这种写法的问题，并且这种问题很难跟踪。

Sung官方已经注意到这个问题了，所以在JDK1.5之后，调整了JVM,具体化了Volatile关键字，被它修饰的变量，每次读取都是从主内存读取的。所以在1.5版本之后，只需要改成private volatile static Singleton sInstance;就能保证线程安全了。虽然volatile会影响性能，但为了保证正确性，还是必要的。

双检查写法的优点：资源利用率高，只有在第一次调用的时候才会被初始化。缺点：第一次反应比较慢，高并发环境下也有一定的缺陷，虽然发生的概率比较小。这种写法是使用最多的单例实现方式，它能够在需要的时候创建实例，并且能够在绝大数情况下保证实例的唯一性，除非你的代码在并发环境非常复杂或者JDK版本1.5以下使用。否则，这种方式一般能够满足需求。

3.静态内部类单例

双检查的写法虽然子一定程度上解决了资源消耗，多余同步，线程安全的问题，但还是会在某些情况下失效。在《Java并发编程》一书中不赞成这种写法，而是用下面的代码替换：

public class Singleton {

    //构造方法私有化
    private Singleton(){}

    //提供一个公有的静态方法来获取实例
    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonHolder.singleton;
    }

    //静态内部类
    private static class SingletonHolder{
        public static final Singleton singleton = new Singleton();
    }
}

当第一次加载Singleton类时并不会初始化sInstance,只有在第一次调用Singleton的getInstance方法时sInstace才会被初始化。因此，第一次调用getInstace方法导致虚拟机加载SingletonHolder类，这种方式不仅能保证线程安全，还能保证单例对象的唯一性。所以这是推荐的方式。

4.枚举实现单例

public enum  SingletonEnum {

    INSTANCE;

    public void doSomething(){
        ........
    }
}

写法简单是枚举单例的最大优点，枚举和类一样，不仅能够拥有字段还能有自己的方法。最重要的是默认枚举实例的创建是线程安全的，任何情况下都是一个实例。

为什么说枚举单例在任何情况下都是一个实例呢？在上述的几种单例实现中，在一种情况下它们都会重新创建实例，那就是反序列化。

通过序列化可以将一个对象写到磁盘，然后再读回来，从而获得一个实例。即使构造方法是私有的，在反序列化的时候也可以通过特殊的途径去创建类的一个新的实例，相当于调用该类的构造方法。

反序列化提供了一个很特别分钩子函数，类中有一个私有的，被实例化的方法readResolve()，这个方法可以让开发人员控制对象的反序列化。上述单例的实现要想在反序列化中杜绝生成新的实例，就要加入如下的方法：

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

也就是在readResolve方法中返回类的实例，而不是默认的重新生成一个对象。而对于枚举并不存在这个问题。

5.使用容器实现单例

public class SingletonManager {

    private static Map<String,Object> objMap = new HashMap<>();

    private SingletonManager(){}

    public static void registerService(String key,Object value){
        if(!objMap.containsKey(key)){
            objMap.put(key,value);
        }
    }

    public static Object getService(String key){
        return objMap.get(key);
    }
}

在程序的初始，将多种单例统一注入到一个管理类中，在使用时根据key来获取对应的对象。这种方式可以统一管理多种类型的单例，并且在使用时可以统一的接口进行操作，降低了用户的使用成本，对用户隐藏了具体的实现细节，降低了耦合。

Android源码中的单例

在Android系统中，我们经常通过Context获取系统级别服务，比如：ActivityManager,WindowManager等，更常用的是一个LayoutInflater类，这些服务都会在合适的时候以单例的方式注册在系统中，在我们需要的时候就通过Context的getSystemService(String name)来获取,我们以Layoutflater为例来说明，平时Layoutflater比较常见的地方是列表的适配器中使用：

 @Override
 public View getView(int position, View contentView, ViewGroup viewGroup) {
     View itemView = null;
     if(contentView == null){
         itemView = LayoutInflater.from(mContext).inflate(mLayoutId,null);
     }else{
         //代码省略
     }
     //代码省略
     return itemView;
 }

通过我们使用LayoutInflater.from(Context context)来获取LayoutInflater服务，下面我们看一下它的实现：

可以看到from(Context context)方法内部是调用的是Context类的getSystemService(String key)方法，我们看一下Context类

Context是一个抽象类，那么getView中Context对象的具体实现类是什么呢？通过列表都是在Activity中显示的，我们传入一般都是Activity中的Context，通过查看源码一路追踪我们发现Activity中Context的具体实现类是ContextImpl

从ContextImpl部分代码可以看到，在虚拟机第一次加载该类的时候会注册各种StaticServiceFetcher，其中就包含了LayoutInflater Service,将这些服务以键值对的形式存储在一个HashMap中，用户在使用时只需要根据Key来获取对应的ServiceFetcher，然后通过对应的ServiceFetcher对象的getService方法来获取具体的服务对象。当第一次调用的时候会调用ServiceFetcher的createService方法来创建服务对象，然后将该对象存储到一个列表中，下次再使用时直接从列表中取，从而达到单例的效果。

总结

不管哪种方式的单例，它们的核心原理都是将构造方法私有化，并且通过一个静态方法来获取一个唯一的实例，在这个获取的过程中必须保证线程安全，防止反序列化导致重新生成对象等问题。具体选择哪一种，要根据项目本身，如是否复杂的并发环境，JDK版本是否过低，单例对象的资源消耗等。

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