正确使用单例
说到单例,一般我们都会想到懒汉和恶汉模式。如下恶汉单例模式如下:
public class Singleton {
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
return instance
}
}
恶汉模式不存在线程同步的问题,因为instance的实例在虚拟机加载Singleton类的时候就被初始化了。但是这里不足之处就是不能等待要用的时候再加载,既懒加载,因此就会在不使用的时候需要占用一定的内存空间,类的加载机制经过加载、链接(验证、准备、解析)、初始化三个阶段,启中再链接的准备阶段会对静态成员分配一定的内存空间,并为其设置初始值,然后初始化阶段会对类中static关键字的代码按顺序执行一遍,static静态成员变量会对准备阶段的初始值进行覆盖。
而懒汉模式如下,其更是存在性能上的缺陷,或者因为使用不当使得代码存在潜在的bug。
示例1:
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){}
public static synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
懒汉模式因为加上synchronized关键字避免线程同步的问题,但同时也增加了性能开销,100万次调用getInstance情况下,单个线程加了synchronized的时间开销为106ms,而没加的开销为72ms。若是10个线程,加了synchronized的开销4436ms,没加synchronized为192ms。因此可以看出synchronized对性能是有一定的影响的。
示例1代码还存在代码缺陷,若A和B两个线程同时调用到方法,A先抢到资源,因此进入到if语句,判断为空进行了初始化,然后释放资源之后,B抢的资源也会判断为空,因此造成创建了多个实例。
示例2:
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchonized(Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
这种情况看似解决示例1重复创建实例的问题,但是仍然存在一个指令重排的问题。JVM内部会对指令进行重排,如下当执行instance = new Singleton(); JVM转换成多条指令如下:
memory = allocate(); //1:分配对象的内存空间
ctorInstance(memory); //2:初始化对象
instance = memory; //3:设置instance指向刚分配的内存地址
但经过重排的指令可能变成如下:
memory = allocate(); //1:分配对象的内存空间
instance = memory; //3:设置instance指向刚分配的内存地址,此时对象还没被初始化
ctorInstance(memory); //2:初始化对象
因此就会存在一个问题,当线程A还没初始化对象之前,线程调用getInstance的时候,就有可能存在instance不为空的情况,但此时因为还没初始化,接着线程尝试调用Singleton对象方法的时候就存在错误的情况。因此,在定义Singleton的instance前需要加上volatile修饰符。通过volatile可以对各个线程对某个变量可见性,某个变量修改了,其他线程是立即可见的,因为编译指令之后,会把volatile操作设置成内存屏障(Memory Barrier),volatile保证了时序,但不是原子性的,不能起到同步关键字的作用,因此示例2的synchonized关键字仍然需要。
示例3:使用静态内部类实现单例
public class Singleton {
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
return InnerInstance.instance;
}
public static class InnerInstance {
private static Singleton instance = new Singleton();
}
}
示例3使用静态类,在类被调用的时候才由虚拟机进行类加载,因此既可以实现同步,也失效了懒加载。
示例4:使用枚举类实现单例
public enum Singleton {
INASTANCE;
public Singleton getInstance() {
return INASTANCE;
}
}
使用枚举实现单例,可以避免被反射串改等,更重要的,可以避免序列化问题,既序列化和反序列化后可以仍然为同一个实例。
是否有必要使用Enum枚举
我们在枚举一些常亮的时候经常使用枚举,枚举在使用上是线性安全的,在加载的时候虚拟机可以保证线性安全、枚举可以有自己的方法。然而,枚举在Android系统也有它不足的地方,使用枚举会增加dex的大小以及方法数使用枚举比使用常量会曾加更多内存,更重要的是,因为枚举在使用的时候加载枚举类,会实例化所有的枚举类并且是静态的,这些枚举的实例是单例的,不会回收,如果没有注意销毁的话,可能就存在内存泄露的问题。另外,在编译的时候,枚举会产生常量,在调用的时候会增加额外的方法调用。这些都是不利性能的。因此,无论是对文件大小、方法调用、以及内存使用上,枚举都存在一定的弊端,我们使用的时候要注意这一块的处理。
因此,建议使用intDef、stringDef来代替枚举,typeDef既可以像Enum进行枚举,但不会有Enum枚举类存在的性能弊端,且方法的调用可以相对定义的静态常量提高编译限制。