第3条——用私有构造器或者枚举类型强化Singleton属性

Singleton指仅仅被实例化一次的类。Singleton通常被用来代表那些本质上唯一的系统组件,比如窗口管理器或者文件系统。使类成为Singleton会使它的客户端测试变得十分困难,因为无法给Singleton替换模拟实现,除非他实现一个充当其类型的接口。

在JDK1.5之前,实现Singleton有两种方法。这两种方法都要把构造器保持为私有的,并导出公有的静态成员,以便允许客户端能够访问该类的唯一实例。在第一种方法中,公有静态成员是个final域:

public class Elvis {
    
    public static final Elvis INSTANCE = new Elvis();
    
    private Elvis(){}
    
    public void leaveTheBuilding(){}
    
}

私有构造器仅被调用一次,用来实例化公有的静态final域Elvis.INSTANCE。由于缺少公有的或者受保护的构造器,所以保证了Elvis的全局唯一性:一旦Elvis类被实例化,只会存在一个Elvis实例。客户端的任何行为都不会改变这一点,但要提醒这一点:享有特权的客户端可以借助AccessibleObject.setAccessible方法,通过反射机制调用私有构造器。如果需要抵御这种攻击,可以修改构造器,让它在被要求创建第二个实例的时候抛出异常。

在实现Singleton的第二种方法中,公有的成员是个静态工厂方法:

public class Elvis {
    
    private static final Elvis INSTANCE = new Elvis();
    
    private Elvis(){}
    
    public static Elvis getInstance(){
        return INSTANCE;
    }
    
    public void leaveTheBuilding(){}
    
}

对于静态方法Elvis.getInstance的所有调用,都会返回同一个对象引用,所以,永远不会创建其他的Elvis实例(上述提醒依然适用)。

公有域方法的主要好处在于,组成类的成员的声明很清楚地声明了这个类是一个Singleton:公有的静态域是final的,所以该域将总是包含相同的对象引用。公有域方法在性能上不再有任何优势:现代的JVM实现几乎都能够将静态工厂方法的调用内联化。

工厂方法的优势之一在于,它提供了灵活性:在不改变其API的前提下,我们可以改变该类是否应该为Singleton的想法。工厂方法返回该类的唯一实例,但是,它可以很容易被修改。比如改成为每个调用该方法的线程返回一个唯一的实例。第二个优势与泛型有关。这些优势之间通常都不相关,public域的方法比较简单。

为了使利用这其中一种方法实现的Singleton类变成是可序列化,仅仅在声明中加上“implements Serializable”是不够的。为了维护并保证Singleton,必须声明所有实例域都是瞬时(transient)的,并提供一个readResolve方法。否则,每次反序列化一个序列化的实例时,都会创建一个新的实例,比如说,在我们的例子中,会导致“假冒的Elvis”。为了防止这种情况,要在Elvis类中加入下面这个readResolve方法:

private Object readResolve(){
    return INSTANCE;
}

从JDK1.5起,实现Singleton还有第三种方法。只需编写一个包含单个元素的枚举类型:

public enum Elvis {
    
    INSTANCE;
    
    public void leaveTheBuilding(){}
    
}

这种方法在功能上与公有域方法相近,但是它更加简洁,无偿地提供了序列化机制,绝对防止多次实例化,即使是在面对复杂的序列化或者反射攻击的时候。虽然这种方法还没有广泛采用,但是单元素的枚举类型已经成为实现Singleton的最佳方法。

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