面试题：Kotlin对象声明的单例模式与其他创建单例方式的深度比较

Question

在Kotlin中，除了对象声明实现单例模式，还可以通过伴生对象、懒汉式、饿汉式等方式实现单例。请深入分析对象声明实现的单例模式与这些其他方式在内存占用、初始化时机、线程安全、跨平台性等方面的优缺点，并举例说明在不同应用场景下应如何选择。

Answer 1

对象声明实现单例模式

• 优点：
  • 内存占用：实现简洁，没有额外的复杂逻辑带来的内存开销。
  • 初始化时机：第一次使用时初始化，延迟加载，避免过早占用内存。
  • 线程安全：Kotlin 保证对象声明是线程安全的，无需额外同步机制。
  • 跨平台性：良好的跨平台性，在 JVM、Android、JavaScript 等平台都能很好工作。
• 缺点：无明显缺点，相对其他方式代码较紧凑，难以进行复杂初始化逻辑扩展。
• 示例：

object Singleton {
    fun doSomething() {
        println("Singleton is doing something")
    }
}

伴生对象实现单例模式

• 优点：
  • 内存占用：与类紧密关联，若类本身需要常驻内存，伴生对象也不会增加额外过多开销。
  • 初始化时机：在类加载时初始化，可保证在类使用前就已存在。
  • 线程安全：类加载机制保证线程安全。
  • 跨平台性：跨平台表现良好。
• 缺点：
  • 内存占用：若类加载过早，可能导致单例过早初始化，浪费内存。
  • 初始化时机：不能实现延迟加载。
• 示例：

class SingletonCompanion {
    companion object {
        val instance: SingletonCompanion by lazy { SingletonCompanion() }
        fun doSomething() {
            println("SingletonCompanion is doing something")
        }
    }
}

懒汉式实现单例模式

• 优点：
  • 内存占用：延迟初始化，只有在第一次使用时才占用内存。
  • 初始化时机：按需初始化，有效节省内存。
• 缺点：
  • 线程安全：非线程安全，多线程环境下需额外同步机制。
  • 跨平台性：需要针对不同平台处理同步问题，跨平台性略差。
• 示例：

class LazySingleton {
    companion object {
        private var instance: LazySingleton? = null
        fun getInstance(): LazySingleton {
            if (instance == null) {
                instance = LazySingleton()
            }
            return instance!!
        }
    }
}

饿汉式实现单例模式

• 优点：
  • 线程安全：在类加载时就创建实例，天然线程安全。
  • 跨平台性：跨平台性较好。
• 缺点：
  • 内存占用：类加载时就初始化，即使未使用也占用内存。
  • 初始化时机：不能延迟加载，可能导致不必要的资源浪费。
• 示例：

class EagerSingleton {
    companion object {
        val instance = EagerSingleton()
        fun doSomething() {
            println("EagerSingleton is doing something")
        }
    }
}

不同应用场景选择

• 对内存敏感且多线程环境：对象声明实现单例模式是首选，如 Android 应用中某些全局管理类。
• 需要与类紧密关联且无需延迟加载：伴生对象较合适，如工具类的单例实例。
• 单线程环境且希望延迟加载：懒汉式可满足需求，但要注意线程安全问题，适用于一些简单本地应用场景。
• 需要类加载时就确保实例存在：饿汉式能保证线程安全且快速获取实例，如数据库连接池初始化等场景。