Android 面试题（7）：你对单例模式了解多少？
不管是在开发还是面试过程中，单例模式出现的频率都非常的高。但很多人对单例模式一知半解，单例模式的写法非常多，不同写法的区别很大，这篇文章的目的是带你深入学习一下单例模式。
什么是单例模式
单例模式是一种对象创建型模式，用来编写一个类，在整个应用系统中只能有该类的一个实例对象。
UML 结构图：
单例模式的三要点：
1、某个类只能有一个实例
2、必须自行创建这个实例
3、必须自行向整个系统提供这个实例
单例模式的特点
优点：
使用单例模式可以减少内存的开销，避免了对象实例的频繁创建和销毁。
缺点：
-
由于单例模式中没有抽象层，因此单例类的扩展有很大的困难。
-
单例类的职责过重，在一定程度上违背了"单一职责原则"。
单例模式的各种写法
1、饿汉式单例类
饿汉式比较简单，对象在类加载时就实例化，因此称为饿汉式单例类。
public class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
return instance;
}
}
优点：线程安全，没有加锁，执行效率高。
缺点：未使用单例类时，造成内存浪费。
2、懒汉式单例类
在需要使用单例类时在创建实例对象，所有称为懒汉式单例类。
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
优点：节约内存
缺点：线程不安全，多线程可能会创建多个实例
3、同步方法的懒汉式单例类
在 getInstance() 方法前增加关键字 synchronized。
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
优点：解决了线程安全问题
缺点：除了第一次调用 getInstance()需要同步，后面的调用造成不必要的同步开销，不建议用这种模式。
4、 双重检查锁定
这种写法是在 getInstance() 方法中进行两次判空，缩小同步锁的粒度。
public class Singleton {
private volatile static Singleton singleton;
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
if (singleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}
第二个判空是必要的，原因如下：
假如某一瞬间线程 A 和线程 B 都在调用getInstance() 方法，此时 instance 对象为 null，均能通过 “ instance == null ” 的判断。线程 A 进入 synchronized 锁定的代码中执行实例创建代码，线程 B 处于排队等待状态。当 A 执行完毕创建了实例后，线程 B 进入 synchronized 代码，此时 B 并不知道实例已经创建，将创建新的实例。
因此需要在 synchronized 锁定代码中再进行一次判空处理，这种方式称为双重检查锁定。实例变量需要加 volatile 关键字保证易变可见性，JDK1.5 起才可用。
优点：一定程度上解决了资源的消耗和多余的加锁同步，线程安全等问题。
缺点：由于 volatile 关键字会屏蔽 Java 虚拟机所做的一些代码优化，可能会导致系统运行效率降低。
5、静态内部类单例模式
同样利用了 JVM 类加载机制来保证初始化实例对象时只有一个线程，静态内部类 SingletonHolder 类只有第一次调用 getInstance() 方法时，才会装载从而实例化对象。
public class Singleton {
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton (){}
public static final Singleton getInstance() {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
优点：解决了线程安全问题，延迟加载、节省内存，性能优于上述几种实现方式。
6、枚举方式
定义一个枚举的元素，就代表 Singleton 实例。
public enum Singleton {
INSTANCE;
/*
**调用方式：Singleton.INSTANCE.doSomethingMethod();
*/
public void doSomethingMethod() {
}
}
优点：线程安全，防止反序列化或者反射攻击时实例重新创建。
如何避免 Java 反射破坏单例模式
上面 6 种 Java 单例模式实现方式除枚举方式外，其他几种依然可以通过相关反射方法，改变其权限，创建多个实例，代码如下：
public class Test {
public static void main(String args[]) {
Singleton singleton = Singleton.getInstance();
try {
Constructor<Singleton> constructor = Singleton.class.getDeclaredConstructor();
constructor.setAccessible(true);
Singleton singletonnew = constructor.newInstance();
System.out.println(singleton == singletonnew); // 输出结果：false
} catch (Exception e) {
}
}
}
如何避免 Java 反射破坏单例模式呢？可以在构造函数里面进行判断：如果当前已有实例，通过抛出异常来阻止反射创建对象。
private Singleton() {
if (null != Singleton.singleton) {
throw new RuntimeException();
}
}
如何避免 Java 反序列化破坏单例模式
除了反射，反序列化也可能破坏单例模式，反序列化会通过反射调用无参数的构造方法创建一个新的对象。
public class Test {
public static void main(String[] args) {
try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("tempFile"));
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("tempFile"))) {
oos.writeObject(Singleton.getInstance());
Singleton newInstance = (Singleton) ois.readObject();
System.out.println(newInstance == Singleton.getInstance()); // 输出 false
} catch (Exception ex) {
ex.printStackTrace();
}
}
}
解决方法是只要在 Singleton 类中定义 readResolve() 方法即可。
public class Singleton implements Serializable {
private volatile static Singleton singleton;
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
if (singleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
private Object readResolve() {
return singleton;
}
}