设计模式-单例模式

为什么要用单例模式？什么时候用？

• 单例模式一般用于，创建时，需要创建比较多的对象，消耗比较多的内存时使用。
• 当多处调用都需要同一个对象进行状态处理时，内存存在一个对象比较合理，而不是每次进行状态切换，就创建一个实例，或销毁之前的实例再重新创建一个。
• 平时我们写代码时，例如推送、音频播放等，一般都会写一个Manager管理类，这些类包含了比较多的初始化操作，一般会做成单例。（例如Android的context.getSystemService(name)，获取系统服务）。

怎样实现单例

• 一般会将构造方法私有，外部无法使用new关键字进行创建实例。
• 将实例静态成员化，类共享。
• 提供一个静态方法（类函数），例如方法名为getInstance()，返回当前实例。内部进行非空判断，如果非Null则直接返回非空的唯一实例，如果为Null，则创建并将其赋值到静态的成员变量中。

实现单例的几种方式

1. 饿汉式
2. 懒汉式
3. synchronized同步+volatile+Double Check
4. 静态内部类
5. 枚举

饿汉式

• 一开始就初始化唯一的实例，缺点是如果该类构造时，如果存在过多的处理，会导致加载该类比较慢，可能会有性能问题。

public class SingleInstance {
  private static SingleInstance sInstance = new SingleInstance();
  
  private SingleInstance() {
  }
  
  public static SingleInstance getInstance() {
      return sInstance;
  }
}

懒汉式

• 只有当第一次调用getInstance()时才实例化单例实例，下次再进来会进行判断不为null直接返回。（未考虑到多线程问题，多线程下依然会存在多个实例）

public class SingleInstance {
  private static SingleInstance sInstance;
  private SingleInstance() {
  }
  
  public static SingleInstance getInstance() {
      if (null == sInstance) {
          sInstance = new SingleInstance();
      }
      return sInstance;
  }
}

synchronized同步+volatile+Double Check

• volatile关键字保证线程之间，单例变量的可见性，可见性是什么呢，意思是当其中一个线程去修改这个共享的单例变量时，其他线程能读到最后改变的值。
• synchronized则是同步关键字，保证在判空条件语句时，只有一个线程能执行到。

public class SingleInstance {
  private static volatile SingleInstance sInstance;
  private SingleInstance() {
  }
  
  public static SingleInstance getInstance() {
      if (null == sInstance) {
          synchronized (SingleInstance.class) {
              if (null == sInstance) {
                  sInstance = new SingleInstance();
              }
          }
      }
      return sInstance;
  }
}

静态内部类

• 利用Java中类的初始化在类加载时才触发，我们就可以将实例放在内部类中，getInstance()方法调用时，才初始化SingleInstanceHolder这个内部类，做到了延时初始化的作用。并且JVM在初始化类时，会加锁，确保了多线程的问题。（Java是多线程的，可能会出现多个线程同时去初始化一个类，会给Class做初始化锁处理）。

public class SingleInstance {
  private SingleInstance() {
  }
  
  public static SingleInstance getInstance() {
      return SingleInstanceHolder.sInstance;
  }
  
  private static class SingleInstanceHolder {
      private static SingleInstance sInstance = new SingleInstance();
  }
}

枚举

• 枚举的构造方法本身就是私有的，保证外部不能创建实例。
• 枚举和Class一样，可以拥有自己的成员变量和方法。
• 枚举最后生成的类实质就是class，并且继承Enum类，在static静态代码块中初始化枚举实例。当一个Java类第一次被调用静态代码块时，都是线程安全的。
• 基于Class的单例，在反射或反序列化下，依然不能保证单例。反射能去掉private访问修饰符，反序列化后的对象也是重新new出来的。而枚举则不是，枚举的序列化不是class中常规的序列化手段。

public enum SingleInstance {
    INSTANCE;
    public void doSomthing() {
        
    }
}

工厂方式

• 像Android中的context.getSystemService(name)，获取系统服务，多个服务单例，我们可以建立一个工厂类，提供一个IHelper接口（或者IManager），首先工厂单例，保证只有一个工厂实例，拥有静态的一个HashMap，提供注册、注销方法，以及查找方法，保证Map中只有一个Helper实例。
• 因为这个Map是单例的，即使输入进来的对象不是作为静态变量，因为如此，间接成为单例。

public class HelperFactory {
    private static HashMap<Class<? extends IHelper>, IHelper> sHelpers;

    static {
        sHelpers = new HashMap<>();
    }

    private HelperFactory() {
    }

    private static final class SingleHolder {
        private static final HelperFactory INSTANCE = new HelperFactory();
    }

    public static HelperFactory getInstance() {
        return SingleHolder.INSTANCE;
    }

    public void registerHelper(Class<? extends IHelper> clazz, IHelper helper) {
        sHelpers.put(clazz, helper);
    }

    public void unregisterHeler(Class<? extends IHelper> clazz) {
        sHelpers.remove(clazz);
    }

    public <T extends IHelper> T findHelper(Class<T> clazz) {
        IHelper helper = sHelpers.get(clazz);
        if (helper != null) {
            return (T) helper;
        }
        throw new IllegalStateException("not find " + clazz.getName() + " Helper instance");
    }
}

Android源码中的单例模式

在ActivityManager中有这么一段代码，getService()方法，获取IActivityManagerSingleton对象，调用get()方法获取一个Singleton实例，Singleton的泛型为IActivityManager，那Singleton是什么类呢，听名字像是单例的意思，我们点击Singleton会发现进不去，因为这个类被标记为hide了，所以在android.jar中没有。

/**
 * @hide
 */
@UnsupportedAppUsage
public static IActivityManager getService() {
    return IActivityManagerSingleton.get();
}

@UnsupportedAppUsage
private static final Singleton<IActivityManager> IActivityManagerSingleton = new Singleton<IActivityManager>() {
    @Override
    protected IActivityManager create() {
        final IBinder b = ServiceManager.getService(Context.ACTIVITY_SERVICE);
        final IActivityManager am = IActivityManager.Stub.asInterface(b);
        return am;
    }
};

Singleton的代码路径：/frameworks/base/core/java/android/util/Singleton.java，发现Singleton的代码不多，也就10来行。

Singleton为一个抽象类，有一个create()抽象方法，被get()方法调用。当实例为null时，才调用create()创建并保存起来，有实例则直接返回，并且加上了synchronized同步关键字来处理多线程同步问题。

/**
 * Singleton helper class for lazily initialization.
 *
 * Modeled after frameworks/base/include/utils/Singleton.h
 *
 * @hide
 */
public abstract class Singleton<T> {
    private T mInstance;

    protected abstract T create();

    public final T get() {
        synchronized (this) {
            if (mInstance == null) {
                mInstance = create();
            }
            return mInstance;
        }
    }
}