设计模式详解（十二）：单例模式——Singleton

什么是单例模式

单例模式 (Singleton Pattern) 是一种常见的设计模式，用于确保一个类在整个应用程序运行期间只有一个实例，并提供全局访问点。

本文将详细介绍单例模式的定义、实现方式、优缺点，以及 Android 源码中的使用实例，配以图解与注释。

单例模式的核心目标是：

唯一性：确保类只有一个实例。
全局访问：提供对该实例的全局访问。

UML 类图

以下是单例模式的 UML 类图：
Singleton - static instance: Singleton - instance -Singleton() +getInstance() -Singleton() +getInstance()

- 表示私有成员。
+ 表示公共方法。

单例模式的实现方式

1. 饿汉式 (Eager Initialization)

实现

饿汉式在类加载时即创建实例，线程安全，但可能造成内存浪费。

java 复制代码

public class Singleton {
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); // 提前创建实例

    private Singleton() {
        // 私有构造函数，防止外部实例化
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE; // 返回单例实例
    }
}

图解

App Singleton 加载类创建实例获取实例 App Singleton

优缺点

优点	缺点
实现简单，线程安全	无法延迟实例化，可能浪费资源

2. 懒汉式 (Lazy Initialization)

实现

懒汉式在首次调用时创建实例，但需要处理线程安全问题。

java 复制代码

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

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

图解

App Singleton 调用 getInstance() 创建并返回实例 App Singleton

优缺点

优点	缺点
延迟加载，按需创建实例	性能较差，因同步锁增加开销

3. 双重检查锁定 (Double-Check Locking)

实现

双重检查锁定优化了懒汉式的性能，适合多线程环境。

java 复制代码

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

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

图解

App Singleton 检查 instance 是否为空加锁创建实例获取实例 App Singleton

优缺点

优点	缺点
线程安全，性能较高	实现复杂，可能导致可读性下降

4. 静态内部类 (Static Inner Class)

实现

静态内部类方式结合了饿汉式和懒汉式的优点，线程安全且支持延迟加载。

java 复制代码

public class Singleton {
    private Singleton() {
        // 私有构造函数
    }

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

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

图解

App SingletonHolder 调用 getInstance() 返回实例 App SingletonHolder

优缺点

优点	缺点
实现简单，线程安全，支持延迟加载	无明显缺点

5. 枚举单例 (Enum Singleton)

实现

枚举单例是实现单例模式的推荐方式，简洁且天然线程安全。

java 复制代码

public enum Singleton {
    INSTANCE;

    public void doSomething() {
        // 业务逻辑
    }
}

图解

App Singleton 调用 INSTANCE 返回实例 App Singleton

优缺点

优点	缺点
简洁、线程安全、防止反序列化破坏	不支持懒加载

Android 源码中的单例模式

1. Application 类

Application 类在整个应用运行期间只有一个实例，属于全局单例。

java 复制代码

Application app = context.getApplicationContext();

2. SharedPreferences

SharedPreferences 在内部使用单例模式管理实例。

java 复制代码

SharedPreferences prefs = context.getSharedPreferences("prefs", Context.MODE_PRIVATE);

3. OkHttpClient

OkHttp 的 OkHttpClient 通常通过单例模式管理网络请求客户端。

java 复制代码

OkHttpClient client = OkHttpClientSingleton.getInstance();

结论

单例模式是一种简单却强大的设计模式，适用于需要全局唯一实例的场景。在 Android 开发中，正确使用单例模式可以提升代码的可维护性与性能，但需注意线程安全问题。

通过理解其不同实现方式及优缺点，开发者可以根据实际需求选择合适的单例实现方法。