基於android2.3.5系統：Android中native層C++單例模式

***************************************************************************************************************************
作者：EasyWave 時間：2013.02.16

類別：Android系統源碼分析聲明：轉載，請保留鏈接

注意：如有錯誤，歡迎指正。這些是我學習的日誌文章......

***************************************************************************************************************************

一：什麼是單例模式

單例模式也稱爲單件模式、單子模式，可能是使用最廣泛的設計模式。其意圖是保證一個類僅有一個實例，並提供一個訪問它的全局訪問點，該實例被所有程序模塊共享。單例模式有許多種實現方法，在C++中，甚至可以直接用一個全局變量做到這一點。使用全局對象能夠保證方便地訪問實例，但是不能保證只聲明一個對象——也就是說除了一個全局實例外，仍然能創建相同類的本地實例。《設計模式》中文版一書中給出了一種很不錯的實現，在84頁開始講這個單例模式。具體的可以參考書中所說。

二：單例模式的優點

1) 對唯一實例的受控訪問

因爲Singleton類封裝它的唯一實例，所以它可以嚴格的控制客戶怎樣以及何時訪問它。
2) 縮小名空間

Singleton模式是對全局變量的一種改進。它避免了那些存儲唯一實例的全局變量污染名空間。
3) 允許對操作和表示的精化

Singleton類可以有子類，而且用這個擴展類的實例來配置一個應用是很容易的。你可以用你所需要的類的實例在運行時刻配置應用。
4) 允許可變數目的實例

這個模式使得你易於改變你的想法，並允許Singleton類的多個實例。此外，你可以用相同的方法來控制應用所使用的實例的數目。只有允許訪問Singleton實例的操作需要改變。
5) 比類操作更靈活

另一種封裝單件功能的方式是使用類操作（即C + +中的靜態成員函數或者是Smalltalk中的類方法）。但這兩種語言技術都難以改變設計以允許一個類有多個實例。此外，C++中的靜態成員函數不是虛函數，因此子類不能多態的重定義它們。

三：Android系統中實現的單例模式

在Android系統中，我們可以在很多地方看到這種設計模式，比如ProcessState類、IPCThreadState類等。我們還是來看看他們的實現代碼吧。在frameworks\base\libs\binder\ProcessState.cpp文件中我們可以看到如下的定義：

而sp<ProcessState> self()定義是在frameworks\base\include\binde\ProcessState.h文件中，如下：

仔細看紅色圈中的部分，從上面的代碼中，我們看出這是一個典型的C++的單例模式，gProcess是在Static.cpp中定義的，用戶訪問唯一實例的方法只有self()成員函數。如果不通過這個函數，任何創建實例的嘗試都將失敗，因爲類的構造函數是私有的。self()使用懶惰初始化，也就是說它的返回值是當這個函數首次被訪問時被創建的。這是一種防彈設計——所有self()之後的調用都返回相同實例的指針，那麼它是如何調用的呢？如下：[在frameworks\base\cmds\app_process\App_main.cpp]

在Andriod中，還有一個地方，這裏需要特別的說說，就是在frameworks\base\libs\binder\IPCThreadState.cpp文件中，這個關於binder的進程間通信的類函數集合。它的調用方式採用了TLS，也就是線程局部存儲(Thread Local Storage,TLS)。Andriod是一個多線程的系統，每個線程除了共享進程的資源外還擁有各自的私有資源：
一個寄存器組（或者說是線程上下文）；
一個專屬的堆棧；
一個專屬的消息隊列；
一個專屬的Thread Local Storage（TLS）；
一個專屬的結構化異常處理串鏈。

這裏重點關注Thread Local Storage，我們還是來看看具體的代碼實現吧，如下：

不錯，pthread_getspecific（）和pthread_key_create（）函數就是一個關於TLS相關的函數。詳細的關於線程的概念，請參考：《POSIX多線程程序設計》這本書。這本書詳細的解釋了Linux下的線程的概念。這裏採用了TLS來作爲用戶訪問唯一實例。這個地方用的非常巧妙...... 深入的知識點就不說了......

如何調用呢？請看frameworks\base\core\jni\android_util_Binder.cpp中的static void android_os_Parcel_enforceInterface(JNIEnv* env, jobject clazz, jstring name)函數，如下：