前言
HI，欢迎来到《每周一博》。今天是十月第五周，我给大家简单介绍一下单例模式。
单例模式是最简单的模式，也是应用最广的模式之一。有时整个系统只需要一个全局对象，这样有利于协调系统整体的行为，比如硬件资源，数据库等，这种不能由用户自由创建对象的场景，就适合使用单例模式。
单例设计模式的优点：
- 在内存中只有一个实例，减少了内存开支，尤其是当一个对象需要频繁创建销毁，并且创建或销毁时性能无法优化，单例模式的优势就非常明显；
- 单例模式只生成了一个实例，减少了系统性能开销，当一个对象的产生需要较多资源时，如读取配置，产生其他依赖对象时，可以通过应用启动时直接产生一个单例对象，然后永久驻留内存的方式来解决；
- 单例模式可以避免对资源的多重占用，比如避免对同一个文件同时进行写操作；
- 单例模式可以在系统设置全局的访问点，优化和共享资源访问，比如设计一个单例类，负责所有数据表的映射处理，安卓源码的系统服务就是这么用的；
单例设计模式的缺点：
- 没有抽象层接口，扩展困难，只能修改代码，不适用于变化对象；
- 如果持有Context引用要使用Application Context，否则会造成内存泄漏；
实现单例模式需要注意的地方：
A. 保证构造函数是私有的；
B. 对外提供一个静态方法来返回对象；
C. 要保证线程安全；
D. 反序列化也要保证对象唯一；
单例模式的实现主要有3种：
- 饿汉式：
直接创建对象
// 直接创建静态变量
public class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton(){}
public static synchronized Singleton getInstance(){
return instance;
}
}
// 或者通过静态初始化块
public class Singleton {
private static Singleton instance ;
static {
instance = new Singleton();
}
private Singleton(){}
public static synchronized Singleton getInstance(){
return instance;
}
}
优点：实现简单，线程安全；
缺点：不管该类有没有用到都会创建对象，消耗资源
- Double CheckLock：
线程安全的懒汉式，对象需要时才进行创建
public class Singleton {
private static volatile Singleton instance;
private Singleton(){}
public static synchronized Singleton getInstance(){
if(instance == null){
synchronized (Singleton.class){
if(instance ==null){
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
该实现方式会增加同步锁来保证线程安全，注意先判空，再同步锁，再判空，这样就能够做到效率和安全的双重保证。那么为什么要进行2次判空呢？
new一个对象并不是一个原子操作，它会编译成多条汇编指令，主要做了3件事：
- 给对象实例分配内存；
- 调用构造函数，初始化成员字段；
- 将对象纸箱分配的内存空间，此时对象就不是null了；
由于Java编译器允许处理器乱序执行，所以第2步和第3步的先后顺序是不确定的，当两个线程同时到达后就可能会创建2个实例。
Java语言提供了一种稍弱的同步机制，即volatile变量，用来确保将变量的更新操作通知到其他线程。当把变量声明为volatile类型后，编译器与运行时都会注意到这个变量是共享的，因此不会将该变量上的操作与其他内存操作一起重排序。volatile变量不会被缓存在寄存器或者对其他处理器不可见的地方，因此在读取volatile类型的变量时总会返回最新写入的值。
在访问volatile变量时不会执行加锁操作，因此也就不会使执行线程阻塞，因此volatile变量是一种比sychronized关键字更轻量级的同步机制。
- 静态内部类：
利用静态类只会加载一次的机制，使用静态内部类持有单例对象，达到单例的效果
public class Singleton {
private Singleton(){}
public static synchronized Singleton getInstance(){
return SingletonHolder.instance;
}
private static class SingletonHolder{
private static Singleton instance = new Singleton();
}
}
静态内部类的优点：
外部类加载时并不需要立即加载内部类，内部类不被加载则不去初始化instance，故而不占内存。即当SingleTon第一次被加载时，并不需要去加载SingletonHolder，只有当getInstance()方法第一次被调用时，才会去初始化instance,第一次调用getInstance()方法会导致虚拟机加载SingletonHolder类，这种方法不仅能确保线程安全，也能保证单例的唯一性，同时也延迟了单例的实例化。由于不用同步锁机制，性能也会有所提升。
那静态内部类又是如何实现线程安全的呢？我们先了解下类的加载时机。JAVA虚拟机在有且仅有的5种场景下会对类进行初始化：
- new一个关键字或者一个实例化对象；
读取或设置一个静态字段时(final修饰，已在编译期把结果放入常量池的除外)；
调用一个类的静态方法时； - 对类进行反射调用的时候，如果类没进行初始化，需要先调用其初始化方法进行初始化；
- 初始化一个类时，如果其父类还未进行初始化，会先触发其父类的初始化；
- 当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类(包含main()方法的类)，虚拟机会先初始化这个类；
- 当使用动态语言支持时，如果一个MethodHandle实例最后的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化；
这5种情况被称为是类的主动引用，除此之外的所有引用类都不会对类进行初始化，称为被动引用，静态内部类就属于被动引用的行列。
我们再看getInstance()方法，取的是SingletonHolder里的instance对象，跟上面那个DCL方法不同的是，getInstance()方法并没有多次去new对象，故不管多少个线程去调用getInstance()方法，取的都是同一个instance对象，而不用去重新创建。当getInstance()方法被调用时，SingletonHolder才在SingletonHolder的运行时常量池里，把符号引用替换为直接引用，这时静态对象instance也真正被创建，然后再被getInstance()方法返回出去。那么instance在创建过程中又是如何保证线程安全的呢？
虚拟机会保证一个类的clinit方法在多线程环境中被正确地加锁、同步，如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有一个线程去执行这个类的clinit方法，其他线程都需要阻塞等待，直到活动线程执行clinit方法完毕。如果在一个类的clinit方法中有耗时很长的操作，就可能造成多个进程阻塞（需要注意的是，其他线程虽然会被阻塞，但如果执行clinit方法后，其他线程唤醒之后不会再次进入clinit方法。同一个加载器下，一个类型只会初始化一次)，在实际应用中，这种阻塞往往是很隐蔽的。
故而，可以看出INSTANCE在创建过程中是线程安全的，所以说静态内部类形式的单例可保证线程安全，也能保证单例的唯一性，同时也延迟了单例的实例化。
静态内部类实现的缺点：
传递参数问题，由于是静态内部类的形式去创建单例的，故外部无法传递参数进去，所以，我们创建单例时，可以在静态内部类与DCL模式下权衡。
最后总结：
以上三种实现方式都是可以达到线程安全的效果，我们推荐使用静态内部类的方式，另外还有枚举也可以实现单例，它不仅能避免多线程同步问题，而且还能防止反射或反序列化重新创建新的对象，但是安卓官方不推荐，因为内存消耗是静态常量的两倍。
public enum EnumMode {
INSTANCE;
}
上述三种实现方式都需要考虑到反序列化的问题，如果Singleton实现了Serializable接口，那么这个类的实例就可能被序列化和复原。不管怎样，如果序列化一个单例类的对象，那么复原多个之后就会有多个单例类的实例，因为需要重写readResolve()方法，在该方法里返回instance，防止反序列化得到多个对象。
private Object readResolve(){
return instance;
}
结尾：
本周给大家简单介绍了单例模式的常见三种实现方式，其中双重锁和静态内部类两种方式涉及到了Java虚拟机创建对象的过程，这些内容还需要深入了解下。感谢大家的阅读，我们下周再见。
