前言

由于源碼分析的代碼量比較大，大部分博客網站的內容顯示頁面都比較窄，顯示出來的效果都異常丑陋，所以您也可以直接查看 《 Thinking in Android 》 來閱讀這邊文章，希望這篇文章能幫你梳理清楚 “ 單例模式 ”。

一、概述

1.1 什么是單例？

這種模式涉及到一個單一的類，該類負責創建自己的對象，同時確保只有單個對象被創建。這個類提供了一種訪問其唯一的對象的方式，可以直接訪問，不需要實例化該類的對象。

我們需要注意：

單例類：只能有一個實例(有且唯一)。

單例類：必須自己創建自己的唯一實例(自己創建自己)。

單例類：必須給所有其他對象提供這一實例(提供給別人調用自己的方法)。

1.2 舉個例子

我們看個簡單的 "單例設計" 的 Demo，先創建一個 Singleton(單例) 類：SingleObject.java

public class SingleObject {

//創建 SingleObject 的一個對象

private static SingleObject instance = new SingleObject(); --> 1、有且僅有一個實力；2、自己創建自己的實例

// 讓構造函數為 private，這樣該類就無法被實例化

private SingleObject(){}

// 獲取唯一可用的對象

public static SingleObject getInstance(){ --> 3、為其他對象提供自己的實例

return instance;

}

public void showMessage(){

System.out.println("Hello World!");

}

}

然后我們再創建一個類 SingletonPatternDemo.java 去獲取 SingleObject 的實例：

public class SingletonPatternDemo {

public static void main(String[] args) {

// 不合法的構造函數，編譯時錯誤：構造函數 SingleObject() 是不可見的

//SingleObject object = new SingleObject();

// 獲取唯一可用的對象

SingleObject object = SingleObject.getInstance();

// 顯示消息

object.showMessage();

}

}

我們看下執行結果：

Hello World!

二、實現方式

2.1 基本版：餓漢式

代碼范例

public class Singleton {

private static Singleton instance = new Singleton(); // 類加載時就初始化

private Singleton (){}

public static Singleton getInstance() {

return instance;

}

}

方法說明

這種方式比較常見，典型的 “餓漢式” 寫法。

是否多線程安全

是

實現難度

易

優點

沒有加鎖，執行效率會提高

缺點

類加載時就初始化，浪費內存

2.2 改進版：懶漢式 - 線程不安全

代碼范例

public class Singleton {

private static Singleton instance; // 類加載時不作初始化

private Singleton (){}

public static Singleton getInstance() {

if (instance == null) {

instance = new Singleton();

}

return instance;

}

}

方法說明

這種方式是大多數面試者的寫法，也是教科書上的標配，但這段代碼卻存在一個致命的問題：當多個線程并行調用 getInstance() 的時候，就會創建多個實例。

是否多線程安全

否

實現難度

易

優點

第一次調用才初始化，避免內存浪費

缺點

當多個線程并行調用 getInstance() 的時候，就會創建多個實例。

2.3 改進版：懶漢式 - 線程安全

代碼范例

public class Singleton {

private static Singleton instance;

private Singleton (){}

public static synchronized Singleton getInstance() { // 加鎖

if (instance == null) {

instance = new Singleton();

}

return instance;

}

}

方法說明

既然要線程安全，那就如上所述進行 “加鎖” 處理！

是否多線程安全

是

實現難度

易

優點

第一次調用才初始化，避免內存浪費

缺點

必須加鎖 synchronized 才能保證單例，但加鎖會影響效率(加鎖操作也是耗時的)

2.4 改進版：雙重校驗鎖

代碼范例

public class Singleton {

private static Singleton instance;

private Singleton (){}

public static Singleton getSingleton() {

if (instance == null) {

synchronized (Singleton.class) {

if (instance == null) {

instance = new Singleton();

}

}

}

return instance;

}

}

方法說明

為什么需要進行 2 次判斷是否為空呢？

第一次判斷是為了避免不必要的同步，第二次判斷是確保在此之前沒有其他進程進入到 synchronized 塊創建了新實例。

這段代碼看起來很完美，很可惜，它還是有隱患！

主要在于 instance = new Singleton() 這句，這并非是一個原子操作，事實上在 JVM 中這句話大概做了下面 3 件事情：

??1、給 instance 分配內存

??2、調用 Singleton 的構造函數來初始化成員變量

??3、將 instance 對象指向分配的內存空間(執行完這步 instance 就為非 null 了)

但是在 JVM 的即時編譯器中存在指令重排序的優化。也就是說上面的第二步和第三步的順序是不能保證的，最終的執行順序可能是 1-2-3 也可能是 1-3-2。如果是后者，則在 3 執行完畢、2 未執行之前，被線程二搶占了，這時 instance 已經是非 null 了(但卻沒有初始化)，所以線程二會直接返回 instance，然后使用，最后順理成章地報錯。

2.5 改進版：雙檢鎖(volatile)

代碼范例

public class Singleton {

private volatile static Singleton instance;

private Singleton (){}

public static Singleton getSingleton() {

if (instance == null) {

synchronized (Singleton.class) {

if (instance == null) {

instance = new Singleton();

}

}

}

return instance;

}

}

方法說明

有些人認為使用 volatile 的原因是可見性，也就是可以保證線程在本地不會存有 instance 的副本，每次都是去主內存中讀取。但其實是不對的。

使用 volatile 的主要原因是其另一個特性：禁止指令重排序優化。

也就是說，在 volatile 變量的賦值操作后面會有一個內存屏障(生成的匯編代碼上)，讀操作不會被重排序到內存屏障之前。比如上面的例子，取操作必須在執行完 1-2-3 之后或者 1-3-2 之后，不存在執行到 1-3 然后取到值的情況。從「先行發生原則」的角度理解的話，就是對于一個 volatile 變量的寫操作都先行發生于后面對這個變量的讀操作(這里的“后面”是時間上的先后順序)。

但是特別注意在 Java 5 以前的版本使用了 volatile 的雙檢鎖還是有問題的。其原因是 Java 5 以前的 JMM (Java 內存模型)是存在缺陷的，即使將變量聲明成 volatile 也不能完全避免重排序，主要是 volatile 變量前后的代碼仍然存在重排序問題。這個 volatile 屏蔽重排序的問題在 Java 5 中才得以修復，所以在這之后才可以放心使用 volatile。

那么，有沒有一種既有懶加載，又保證了線程安全，還簡單的方法呢？

當然有，靜態內部類就是這么一種我們想要的方法。我們完全可以把 Singleton 實例放在一個靜態內部類中，這樣就避免了靜態實例在 Singleton 類加載的時候就創建對象，并且由于靜態內部類只會被加載一次，所以這種寫法也是線程安全的。

2.6 終極版：靜態內部類

代碼范例

public class Singleton {

private static class SingletonHolder {

private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

}

private Singleton (){}

public static final Singleton getInstance() {

return SingletonHolder.INSTANCE;

}

}

方法說明

這是比較推薦的解法，這種寫法用 JVM 本身的機制保證了線程安全的問題，同時讀取實例的時候也不會進行同步，沒什么性能缺陷，還不依賴 JDK 版本。

2.7 傳說版：枚舉

代碼范例

public enum Singleton {

INSTANCE;

}

方法說明

這是從 Java 1.5 發行版本后就可以實用的單例方法，我們可以通過 Singleton.INSTANCE 來訪問實例，這比調用 getInstance() 方法簡單多了。

創建枚舉默認就是線程安全的，所以不需要擔心 double checked locking(雙重校驗鎖)，而且還能防止反序列化導致重新創建新的對象。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的android懒加载单实例,【 Android 10 设计模式 】系列 -- 单例的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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