單例模式 Singleton 簡(jiǎn)單實(shí)例設(shè)計(jì)模式解析
前言
今天我來(lái)全面總結(jié)一下Android開(kāi)發(fā)中最常用的設(shè)計(jì)模式 - 單例模式。
關(guān)于設(shè)計(jì)模式的介紹，可以看下我之前寫(xiě)的：1分鐘全面了解“設(shè)計(jì)模式”
目錄
1. 引入
1.1 解決的是什么問(wèn)題
之前說(shuō)過(guò)，設(shè)計(jì)模式 = 某類(lèi)特定問(wèn)題的解決方案，那么單例模式是解決什么問(wèn)題的解決方案呢？
含義：?jiǎn)卫?=一個(gè)實(shí)例；
解決的問(wèn)題：降低對(duì)象之間的耦合度
解決方法：?jiǎn)卫Ｊ剑磳?shí)現(xiàn)一個(gè)類(lèi)只有一個(gè)實(shí)例化對(duì)象，并提供一個(gè)全局訪問(wèn)點(diǎn)
1.2 實(shí)例引入
接下來(lái)我用一個(gè)實(shí)例來(lái)對(duì)單例模式進(jìn)行引入
背景：小成有一個(gè)塑料生產(chǎn)廠，但里面只有一個(gè)倉(cāng)庫(kù)。
目的：想用代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)的管理
現(xiàn)有做法： 建立倉(cāng)庫(kù)類(lèi)和工人類(lèi)
其中，倉(cāng)庫(kù)類(lèi)里的quantity=商品數(shù)量；工人類(lèi)里有搬運(yùn)方法MoveIn(int i)和MoveOut(int i)。
出現(xiàn)的問(wèn)題：通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，每次工人搬運(yùn)操作都會(huì)新建一個(gè)倉(cāng)庫(kù)，就是貨物都不是放在同一倉(cāng)庫(kù)，這是怎么回事呢？（看下面代碼）
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package scut.designmodel.SingletonPattern;//倉(cāng)庫(kù)類(lèi)class StoreHouse { private int quantity = 100; public void setQuantity(int quantity) { this.quantity = quantity; } public int getQuantity() { return quantity; }}//搬貨工人類(lèi)class Carrier{ public StoreHouse mStoreHouse; public Carrier(StoreHouse storeHouse){ mStoreHouse = storeHouse; } //搬貨進(jìn)倉(cāng)庫(kù) public void MoveIn(int i){ mStoreHouse.setQuantity(mStoreHouse.getQuantity()+i); } //搬貨出倉(cāng)庫(kù) public void MoveOut(int i){ mStoreHouse.setQuantity(mStoreHouse.getQuantity()-i); }}//工人搬運(yùn)測(cè)試public class SinglePattern { public static void main(String[] args){ StoreHouse mStoreHouse1 = new StoreHouse(); StoreHouse mStoreHouse2 = new StoreHouse(); Carrier Carrier1 = new Carrier(mStoreHouse1); Carrier Carrier2 = new Carrier(mStoreHouse2); System.out.println("兩個(gè)是不是同一個(gè)？"); if(mStoreHouse1.equals(mStoreHouse2)){//這里用equals而不是用 == 符號(hào)，因?yàn)?== 符號(hào)只是比較兩個(gè)對(duì)象的地址 System.out.println("是同一個(gè)"); }else { System.out.println("不是同一個(gè)"); } //搬運(yùn)工搬完貨物之后出來(lái)匯報(bào)倉(cāng)庫(kù)商品數(shù)量 Carrier1.MoveIn(30); System.out.println("倉(cāng)庫(kù)商品余量："+Carrier1.mStoreHouse.getQuantity()); Carrier2.MoveOut(50); System.out.println("倉(cāng)庫(kù)商品余量："+Carrier2.mStoreHouse.getQuantity()); }} |
結(jié)果：
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兩個(gè)是不是同一個(gè)？不是同一個(gè)倉(cāng)庫(kù)商品余量：130倉(cāng)庫(kù)商品余量：50 |
2. 單例模式介紹
2.1 解決的問(wèn)題（應(yīng)用場(chǎng)景）
沖突：從上面的結(jié)果可以看出，工人類(lèi)操作的明顯不是同一個(gè)倉(cāng)庫(kù)實(shí)例。
目標(biāo)：全部工人操作的是同一個(gè)倉(cāng)庫(kù)實(shí)例
單例模式就是為了解決這類(lèi)問(wèn)題的解決方案：實(shí)現(xiàn)一個(gè)類(lèi)只有一個(gè)實(shí)例化對(duì)象，并提供一個(gè)全局訪問(wèn)點(diǎn)2.2 工作原理
在Java中，我們通過(guò)使用對(duì)象（類(lèi)實(shí)例化后）來(lái)操作這些類(lèi)，類(lèi)實(shí)例化是通過(guò)它的構(gòu)造方法進(jìn)行的，要是想實(shí)現(xiàn)一個(gè)類(lèi)只有一個(gè)實(shí)例化對(duì)象，就要對(duì)類(lèi)的構(gòu)造方法下功夫：
單例模式的一般實(shí)現(xiàn)：（含使用步驟）
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public class Singleton {//1. 創(chuàng)建私有變量 ourInstance（用以記錄 Singleton 的唯一實(shí)例）//2. 內(nèi)部進(jìn)行實(shí)例化 private static Singleton ourInstance = new Singleton();//3. 把類(lèi)的構(gòu)造方法私有化，不讓外部調(diào)用構(gòu)造方法實(shí)例化 private Singleton() { }//4. 定義公有方法提供該類(lèi)的全局唯一訪問(wèn)點(diǎn)//5. 外部通過(guò)調(diào)用getInstance()方法來(lái)返回唯一的實(shí)例 public static Singleton newInstance() { return ourInstance; }} |
好了，單例模式的介紹和原理應(yīng)該了解了吧？那么我們現(xiàn)在來(lái)解決上面小成出現(xiàn)的“倉(cāng)庫(kù)不是一個(gè)”的問(wèn)題吧！
2.3 實(shí)例介紹
小成使用單例模式改善上面例子的代碼：
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package scut.designmodel.SingletonPattern;import java.util.concurrent.locks.Lock;import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;//單例倉(cāng)庫(kù)類(lèi)class StoreHouse { //倉(cāng)庫(kù)商品數(shù)量 private int quantity = 100; //自己在內(nèi)部實(shí)例化 private static StoreHouse ourInstance = new StoreHouse();; //讓外部通過(guò)調(diào)用getInstance()方法來(lái)返回唯一的實(shí)例。 public static StoreHouse getInstance() { return ourInstance; } //封閉構(gòu)造函數(shù) private StoreHouse() { } public void setQuantity(int quantity) { this.quantity = quantity; } public int getQuantity() { return quantity; }}//搬貨工人類(lèi)class Carrier{ public StoreHouse mStoreHouse; public Carrier(StoreHouse storeHouse){ mStoreHouse = storeHouse; } //搬貨進(jìn)倉(cāng)庫(kù) public void MoveIn(int i){ mStoreHouse.setQuantity(mStoreHouse.getQuantity()+i); } //搬貨出倉(cāng)庫(kù) public void MoveOut(int i){ mStoreHouse.setQuantity(mStoreHouse.getQuantity()-i); }}//工人搬運(yùn)測(cè)試public class SinglePattern { public static void main(String[] args){ StoreHouse mStoreHouse1 = StoreHouse.getInstance(); StoreHouse mStoreHouse2 = StoreHouse.getInstance(); Carrier Carrier1 = new Carrier(mStoreHouse1); Carrier Carrier2 = new Carrier(mStoreHouse2); System.out.println("兩個(gè)是不是同一個(gè)？"); if(mStoreHouse1.equals(mStoreHouse2)){ System.out.println("是同一個(gè)"); }else { System.out.println("不是同一個(gè)"); } //搬運(yùn)工搬完貨物之后出來(lái)匯報(bào)倉(cāng)庫(kù)商品數(shù)量 Carrier1.MoveIn(30); System.out.println("倉(cāng)庫(kù)商品余量："+Carrier1.mStoreHouse.getQuantity()); Carrier2.MoveOut(50); System.out.println("倉(cāng)庫(kù)商品余量："+Carrier2.mStoreHouse.getQuantity()); }} |
結(jié)果：
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兩個(gè)是不是同一個(gè)？是同一個(gè)倉(cāng)庫(kù)商品余量：130倉(cāng)庫(kù)商品余量：80 |
從結(jié)果分析，使用了單例模式后，倉(cāng)庫(kù)類(lèi)就只有一個(gè)倉(cāng)庫(kù)實(shí)例了，再也不用擔(dān)心搬運(yùn)工人進(jìn)錯(cuò)倉(cāng)庫(kù)了！！！
2.4 優(yōu)點(diǎn)
- 提供了對(duì)唯一實(shí)例的受控訪問(wèn)；
- 由于在系統(tǒng)內(nèi)存中只存在一個(gè)對(duì)象，因此可以節(jié)約系統(tǒng)資源，對(duì)于一些需要頻繁創(chuàng)建和銷(xiāo)毀的對(duì)象單例模式無(wú)疑可以提高系統(tǒng)的性能；
- 可以根據(jù)實(shí)際情況需要，在單例模式的基礎(chǔ)上擴(kuò)展做出雙例模式，多例模式；
2.5 缺點(diǎn)
- 單例類(lèi)的職責(zé)過(guò)重，里面的代碼可能會(huì)過(guò)于復(fù)雜，在一定程度上違背了“單一職責(zé)原則”。
- 如果實(shí)例化的對(duì)象長(zhǎng)時(shí)間不被利用，會(huì)被系統(tǒng)認(rèn)為是垃圾而被回收，這將導(dǎo)致對(duì)象狀態(tài)的丟失。
3. 單例模式的實(shí)現(xiàn)方式
3.1 一般情況
餓漢式（最簡(jiǎn)單的單例實(shí)現(xiàn)方式）
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class Singleton { private static Singleton ourInstance = new Singleton(); private Singleton() { } public static Singleton newInstance() { return ourInstance; }} |
應(yīng)用場(chǎng)景：
- 要求直接在應(yīng)用啟動(dòng)時(shí)加載并初始化
- 單例對(duì)象要求初始化速度非常快且占用內(nèi)存非常小
懶漢式
懶漢式與餓漢式最大的區(qū)別是單例的初始化操作的時(shí)機(jī)：
- 餓漢式：自動(dòng)進(jìn)行單例的初始化
- 懶漢式：有需要的時(shí)候才手動(dòng)調(diào)用newInstance()進(jìn)行單例的初始化操作
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class Singleton { private static Singleton ourInstance = null； private Singleton() { } public static Singleton newInstance() { if( ourInstance == null){ ourInstance = new Singleton(); } return ourInstance; }} |
應(yīng)用場(chǎng)景：
- 單例初始化的操作耗時(shí)比較長(zhǎng)而應(yīng)用對(duì)于啟動(dòng)速度又有要求
- 單例的占用內(nèi)存比較大
- 單例只是在某個(gè)特定場(chǎng)景的情況下才會(huì)被使用，即按需延遲加載單例。
3.2 多線程下的單例模式實(shí)現(xiàn)
在多線程的情況下：
- 對(duì)于“餓漢式單例模式”：適用，因?yàn)镴VM只會(huì)加載一次單例類(lèi)；
- 對(duì)于“懶漢式單例模式”：不適用，因?yàn)?ldquo;懶漢式”在創(chuàng)建單例時(shí)是線程不安全的，多個(gè)線程可能會(huì)并發(fā)調(diào)用 newInstance 方法從而出現(xiàn)重復(fù)創(chuàng)建單例對(duì)象的問(wèn)題。
解決方案1：同步鎖
使用同步鎖 synchronized (Singleton.class) 防止多線程同時(shí)進(jìn)入造成instance被多次實(shí)例化。
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class Singleton { private static Singleton ourInstance = null； private Singleton() { } public static Singleton newInstance() { synchronized (Singleton.class){ if( ourInstance == null){ ourInstance = new Singleton(); } } return ourInstance; }} |
解決方案2：雙重校驗(yàn)鎖
在同步鎖的基礎(chǔ)上（ synchronized (Singleton.class) 外）添加了一層if，這是為了在Instance已經(jīng)實(shí)例化后下次進(jìn)入不必執(zhí)行 synchronized (Singleton.class) 獲取對(duì)象鎖，從而提高性能。
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class Singleton { private static Singleton ourInstance = null； private Singleton() { } public static Singleton newInstance() {if( ourInstance == null){ synchronized (Singleton.class){ if( ourInstance == null){ ourInstance = new Singleton(); } } } return ourInstance; }} |
解決方案3：靜態(tài)內(nèi)部類(lèi)
在JVM進(jìn)行類(lèi)加載的時(shí)候會(huì)保證數(shù)據(jù)是同步的，我們采用內(nèi)部類(lèi)實(shí)現(xiàn)：在內(nèi)部類(lèi)里面去創(chuàng)建對(duì)象實(shí)例。
只要應(yīng)用中不使用內(nèi)部類(lèi) JVM 就不會(huì)去加載這個(gè)單例類(lèi)，也就不會(huì)創(chuàng)建單例對(duì)象，從而實(shí)現(xiàn)“懶漢式”的延遲加載和線程安全。
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class Singleton { //在裝載該內(nèi)部類(lèi)時(shí)才會(huì)去創(chuàng)建單例對(duì)象 private static class Singleton2{ private static Singleton ourInstance = new Singleton()； } private Singleton() { } public static Singleton newInstance() { return Singleton2.ourInstance; }} |
解決方案4：枚舉類(lèi)型
最簡(jiǎn)潔、易用的單例實(shí)現(xiàn)方式，（《Effective Java》推薦）
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public enum Singleton{ //定義一個(gè)枚舉的元素，它就是Singleton的一個(gè)實(shí)例 instance; public void doSomething(){ } } |
使用方式如下：
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Singleton singleton = Singleton.instance;singleton.doSomething(); |
5. 總結(jié)
本文主要對(duì)單例模式進(jìn)行了全面介紹，包括原理和實(shí)現(xiàn)方式，接下來(lái)我會(huì)繼續(xù)講解其他設(shè)計(jì)模式，有興趣可以繼續(xù)關(guān)注
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