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单例模式

模式介绍

整个系统只需要拥有一个全局对象，这样有利于我们协调系统整体的行为。

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。

实现单例模式主要有如下几个关键点：

  • 构造函数不对外开放，一般为private

  • 通过一个静态方法或者枚举返回单例类对象

  • 确保单例类的对象有且只有一个，尤其是在多线程环境下

  • 确保单例类对象在反序列化时不会重新构建对象

单例模式的写法

  • 饿汉式

在声明静态对象时已经初始化。

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public class Singleton {

	private static final Singleton mInstance = new Singleton();

	private Singleton() {

	}

	public static Singleton getInstance() {
		return mInstance;
	}

}
  • 懒汉式

懒汉模式是声明一个静态对象，并且在用户第一次调用getInstance时进行初始化。优点是：单例只在使用时才会被实例化。缺点是：第一次加载需要及时进行实例化，反应稍慢，每次调用时都进行同步，造成不必要的同步开销。这种模式不建议使用。

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public class Singleton {

	private static volatile Singleton mInstance;

	private Singleton() {

	}

	public static synchronized Singleton getInstance() {
		if (mInstance == null) {
			mInstance = new Singleton();
		}
		return mInstance;
	}

}
  • DCL(Double Check Lock)实现单例

DCL模式实现单例的优点是既能够在需要时才初始化单例，又能够保证线程安全，且单例对象初始化后调用getInstance不进行同步锁。

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public class Singleton {

	private static volatile Singleton mInstance;

	private Singleton() {

	}

	public static Singleton getInstance() {
		if (mInstance == null) {
			synchronized (Singleton.class) {
				if (mInstance == null) {
					mInstance = new Singleton();
				}
			}
		}
		return mInstance;
	}

}
  • 静态内部类单例模式

当第一次加载Singleton类时并不会初始化sInstance，只有在第一次调用Sington的getInstance方法时才会导致sInstance被初始化。这是推荐使用的单例模式实现方式。

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public class Singleton {

	private Singleton() {

	}

	public static Singleton getInstance() {
		return SingletonHolder.sInstance;
	}

	private static class SingletonHolder {
		private static final Singleton sInstance = new Singleton();
	}

}
  • 枚举单例

在上述的几种单例模式实现中，在反序列化的情况下，它们就会出现重新创建对象。

序列化可以将一个单例的实例对象写到磁盘，然后再读回来，从而有效地获得一个实例。即使构造函数是私有的，反序列化时依然可以通过特殊的途径去创建一个新的实例。反序列化操作提供了一个特别的钩子函数，类中具有一个私有的readResolve()函数，这个函数可以让开发人员控制对象的反序列化。如果要杜绝对象在反序列化时重新生成对象，必须加入readResolve函数。而枚举则不存在这个问题。

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

对于序列化，有两点需要注意：

  1. 可序列化类中的字段类型不是Java的内置类型，那么该字段也需要实现Serializable接口

  2. 如果调整了可序列化类的内部结构，如新增，去除某个字段，但没有修改serialVersionUID,那么会引发java.io.InvalidClassException异常或者导致某个属性为0或者null。此时的最好方案是直接将serialVersionUID设置为0L，这样即使修改类的内部结构，反序列化也不会报错，只是新修改的字段会为0或者null。

写法简单是枚举单例的最大优点。枚举在Java中与普通的类是一样的，不仅能够有字段，还能够有自己的方法。最重要的是默认枚举实例的创建是线程安全的，并且在任何情况下它都是一个单例。

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public enum Singleton {

	INSTANCE;
	
	public void doSomething()
	{
		
	}

}
  • 使用容器实现单例模式
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public class SingletonManager<T> {

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

	private SingletonManager() {

	}

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

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

}

在程序的初始阶段，将多种单例类型注入到一个统一的管理类中，在使用时根据key获取对象。这种方式使得我们可以管理多种类型的单例，并且在使用时可以通过统一的接口进行获取操作，降低了用户的使用成本，也对用户隐藏具体实现，降低耦合度。