常用代碼整理：單例模式的生產環境用法

說明：大部分內容都是參考別的文章，這裏做整理是爲了以後的編程有實用的模板，可以即需即用。

對於一些類來說，只有一個實例是很重要的。要怎樣才能保證一個類只有一個實例並且這個實例易於被訪問呢？一個全局變量使得一個對象可以被訪問，但它不能防止你實例化多個對象。一個更好的方法是，讓類自身負責保存它的唯一實例。這個類可以保證沒有其他實例可以被創建（通過截取創建新對象的請求），並且它可以提供一個訪問該實例的方法。這就是單例模式（Singleton）。1

常見的幾種單例模式：

1、懶漢式（線程不安全）

這種寫法 lazy loading 很明顯，但在多線程不能正常工作，嚴格意義上並不算單例模式。

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton(){ }

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

2、懶漢式（線程安全）

這種寫法能夠在多線程中很好的工作，而且看起來它也具備很好的 lazy loading，但效率很低，99% 情況下不需要同步。
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。

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton(){ }

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

只有在第一次執行此方法時（getInstance()），才真正需要同步。換句話說，一旦設置好 instance 對象，就不再需要同步這個方法了。之後每次調用這個方法，同步都是一種累贅。爲了符合大多數 Java 應用程序，很明顯地，我們需要確保單例模式能在多線程的狀況下正常工作。但是似乎同步 getInstance() 的做法將拖垮性能，而 “雙重校驗鎖” 可以解決這個問題。2

3、餓漢式【推薦使用】

這種方式基於 classloder 機制避免了多線程的同步問題，不過，instance 在類裝載時就實例化，這時候初始化 instance 顯然沒有達到 lazy loading 的效果。
描述：這種方式比較常用，但容易產生垃圾對象。
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。

public class Singleton {
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    private Singleton(){ }

    public static Singleton getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
}

首先 final 關鍵詞是代表此變量一經賦值，其指向的內存引用地址將不會再改變。聲明爲 final 的變量，必須在類加載完成時已經賦值，如果你是 final 非 static 成員，必須在構造器、代碼塊或者在直接定義時賦值；如果是 final static 成員變量，必須在直接定義時或者在靜態代碼塊中賦值。然而，在直接定義時賦值或者在靜態代碼塊中賦值就變成餓漢模式了，所以懶漢模式中，不能用 final 修飾。

4、餓漢式（變種）

表面上看起來差別挺大，其實跟第三種方式差不多，都是在類初始化即實例化 instance。

// 變種1
public class Singleton {
    private static final Singleton instance = null;

    static{
        instance = new Singleton();
    }

    private Singleton(){ }

    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

// 變種2
public class Singleton {
    public static final Singleton instance = new Singleton();
    private Singleton(){ }
}

5、靜態內部類（登記式，既能夠實現延遲加載，又能夠實現線程安全）【強烈推薦使用】

這種方式同樣利用了 classloder 的機制來保證初始化 instance 時只有一個線程，它跟第三種和第四種方式不同的是（很細微的差別）：第三種和第四種方式是隻要 Singleton 類被裝載了，那麼 instance 就會被實例化（沒有達到 lazy loading 效果），而這種方式是 Singleton 類被裝載了，instance 不一定被初始化。因爲 SingletonHolder 類沒有被主動使用，只有顯示通過調用 getInstance 方法時，纔會顯示裝載 SingletonHolder 類，從而實例化 instance。想象一下，如果實例化 instance 很消耗資源，想讓它延遲加載，另外一方面，不希望在 Singleton 類加載時就實例化，因爲不能確保 Singleton 類在其他的地方被主動使用從而被加載，那麼這個時候實例化 instance 顯然是不合適的。這個時候，這種方式相比第三和第四種方式就顯得很合理。

public class Singleton {

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

    private Singleton(){ }

    // static method declared final.
    public static Singleton getInstance(){
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}

（1）相應的基礎知識

什麼是類級內部類：簡單點說，類級內部類指的是，有 static 修飾的成員內部類。如果沒有 static 修飾的成員式內部類被稱爲對象級內部類。
類級內部類相當於其外部類的 static 成分，它的對象與外部類對象間不存在依賴關係，因此可以直接創建。而對象級內部類的實例，是綁定在外部對象實例中的。
類級內部類中，可以定義靜態的方法。在靜態方法中只能引用外部類中的靜態成員方法或變量。
類級內部類相當於其外部類的成員，只有在第一次被使用的時候纔會被裝載。【內部類（不論是靜態內部類還是非靜態內部類）都是在第一次使用時纔會被加載。對於非靜態內部類是不能出現靜態模塊（包含靜態塊，靜態屬性，靜態方法等）。非靜態類的使用需要依賴於外部類的對象。】

（2）多線程缺省同步鎖的知識

在多線程開發中，爲了解決併發問題，可以通過使用 synchronized 來加互斥鎖進行同步控制，但是在某些情況下，JVM 已經隱含的爲我們執行了同步，這些情況下就不用我們再來進行同步控制了。這些情況包括：

由靜態初始化器（在靜態字段上或 static{} 塊中的初始化器）初始化數據時
訪問 final 字段時
在創建線程之前創建對象時
線程可以看見它將要處理的對象時

（3）對類進行初始化
虛擬機規範嚴格規定了有且只有四種情況必須立即對類進行初始化：遇到 new、getStatic、putStatic 或 invokeStatic 這4條字節碼指令時，如果類沒有進行過初始化，則需要先觸發其初始化。生成這4條指令最常見的java代碼場景是：

使用 new 關鍵字實例化對象
讀取一個類的靜態字段（被 final 修飾、已在編譯期把結果放在常量池的靜態字段除外）
設置一個類的靜態字段（被 final 修飾、已在編譯期把結果放在常量池的靜態字段除外）
調用一個類的靜態方法

6、枚舉

這種方式是 Effective Java 作者 Josh Bloch 提倡的方式：

【.. xlh …？】這種方法在功能上與公有域方法相近，但它更簡潔，無償地提供了序列化機制，絕對防止多次實例化，即使是在面對複雜的序列化或者反射攻擊的時候。雖然這種方法還沒有廣泛採用，但是單元素的枚舉類型已經成爲實現 Singleton 的最佳方法。3

它不僅能避免多線程同步問題，而且還能防止反序列化重新創建新的對象，可謂是很堅強的壁壘啊，不過，個人（某博主）認爲由於 JDK1.5 中才加入 enum 特性，用這種方式寫不免讓人感覺生疏，在實際工作中，也很少看見有人這麼寫過。這種實現方式還沒有被廣泛採用，但這是實現單例模式的最佳方法。它更簡潔，自動支持序列化機制，絕對防止多次實例化。如果涉及到反序列化創建對象時，可以嘗試使用第 6 種枚舉方式。

public enum Singleton {
    INSTANCE;
    public void whateverMethod(){
        ...
    }
}

7、雙重校驗鎖

這個是第二種方式的升級版，俗稱雙重檢查鎖定。在 JDK1.5 之後，雙重檢查鎖定才能夠正常達到單例效果。這種方式採用雙鎖機制，安全且在多線程情況下能保持高性能。

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;

    private Singleton(){ }

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

Java volatile 關鍵字：當一個共享變量被 volatile 修飾時，它會保證修改的值立即被更新到主存；內存可見性，通俗來說就是，線程 A 對一個 volatile 變量的修改，對於其它線程來說是可見的，即線程每次獲取 volatile 變量的值都是最新的。

要特別注意使用單例模式時，可能會出現的內存泄漏問題：單例的靜態特性使得單例的生命週期和應用的生命週期一樣長，如果一個對象已經不再使用了，而單例對象還持有該對象的引用，那麼這個對象將不能被正常回收，這就導致了內存泄漏。

再特別說一句：由於 Dialog 比較特別，只能用 Activity 才能啓動（當然有一些用其他 context 也可以，但是要申請權限什麼的，不適用於一般app），所以不要使用單例 Dialog 工具類，在 Activity 或 Fragment 的生命中控制 Dialog 的 show 和 dismiss。

【Context】	Application	Activity	Service	ContentProvider	BroadcastReceiver
Show a Dialog	NO	YES	NO	NO	NO
Start an Activity	NO1	YES	NO1	NO1	NO1
Layout Inflation	NO2	YES	NO2	NO2	NO2
Start a Service	YES	YES	YES	YES	YES
Bind to a Service	YES	YES	YES	YES	NO
Send a Broadcast	YES	YES	YES	YES	YES
Register BroadcastReceiver	YES	YES	YES	YES	NO3
Load Resource Values	YES	YES	YES	YES	YES

NO1 表示 Application context 的確可以開始一個 Activity，但是它需要創建一個新的 task。這可能會滿足一些特定的需求，但是在你的應用中會創建一個不標準的回退棧（back stack），這通常是不推薦的或者不是好的實踐。

NO2 表示這是非法的，但是這個填充（inflation）的確可以完成，但是是使用所運行的系統默認的主題（theme），而不是你 app 定義的主題。

NO3 在 Android4.2 以上，如果 Receiver 是 null 的話（這是用來獲取一個 sticky broadcast 的當前值的），這是允許的。

參考文章：
1、http://cantellow.iteye.com/blog/838473
2、http://www.runoob.com/design-pattern/singleton-pattern.html
3、https://blog.csdn.net/qq_33277870/article/details/77967532
4、https://blog.csdn.net/jason0539/article/details/23297037/
5、http://blog.sina.com.cn/s/blog_6d2890600101gb8x.html
6、https://q.cnblogs.com/q/DetailPage/95556/
7、https://blog.csdn.net/qq_32618417/article/details/51703414
8、https://www.jianshu.com/p/c87677f01ed5
9、https://www.jianshu.com/p/413ec659500a
10、https://blog.csdn.net/race604/article/details/9331807

《設計模式：可複用面向對象軟件的基礎》 ↩
《Head First 設計模式》 ↩
《Effective Java》 ↩

常用代碼整理：單例模式的生產環境用法

1、懶漢式（線程不安全）

2、懶漢式（線程安全）

3、餓漢式【推薦使用】

4、餓漢式（變種）

5、靜態內部類（登記式，既能夠實現延遲加載，又能夠實現線程安全）【強烈推薦使用】

6、枚舉

7、雙重校驗鎖

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