单例(singleton)只是一个被实例化一次的类。单例往往代表一个无状态对象(例如方法)(item24)或一个系统组件(本质上是独一无二的)。使类成为单例会导致测试客户端变得困难,因为除非它实现了作为其类型的一个接口,否则不可能模拟实现替换单例。
以下介绍两个常见方法来实现单例。两者都基于对构造方法私有,以及导出公有静态成员以向唯一实例提供访问。在其中一种方法中,该成员处于final区域:
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为了初始化公有静态final区域Elvis.INSTANCE,私有构造方法有且调用一次。公有或保护的构造方法的缺失保障(guarantees)了一个“monoelvistic”域:只有一个Elvis实例存在,并且只会被实例化一次——没有更多,没有更少。客户端无论做任何事情都改变不了它,但是有一点需要注意:特权客户端可以通过反射(https://www.jianshu.com/p/400e3727e327)借助AccessibleObject.setAccessible方法调用私有构造方法。如果你需要反抗这类攻击,修改构造方法,一旦被要求创建第二个实例,抛出异常。
在实现单例的第二个方法中,公有成员是一个静态工厂方法:
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所有调用Elvis.getInstance返回相同的对象引用,不会有其他Elvis实例会被创建(与前面提到的相同的警告)。
公有区域方法的主要好处就是它的API清晰地表明了该类就是一个单例:公有静态区域是final的,所以它将总是包含相同对象的引用。第二个优点是它更简单。
静态工厂方法的其中一个好处是它给了你灵活性,无论这个类是否是单例,你都不必改变API来改变你认为这个类是否是一个单例。工厂方法返回了唯一的实例,但是它可以被修改后返回,比如说每个调用它的线程都有单独的实例。第二个优点是,如果你的应用需要,你可以编写一个泛型单例工厂(item30)。使用静态工厂的一个最后的好处是一个方法引用能被当作供应商,比如 Elvis::instance 是一个供应商<Elvis>。除非这些优点的其中一个有关,公有区域方法是最佳的。
为了使一个单例类使用这些方法可序列化(章节12),仅仅在声明时添加序列化的实现是不够的。为了保证单例性,声明所有实例为transient以及提供一个readResolve方法 (item89)。否则,每次一个序列化的实例被反序列化了,一个新实例将被创建,在我们的例子的情况,会看到假的Elvis.为了防止这样的情况发生,向Elvis类添加readResolve方法:
(笔者注:transient的作用:http://www.cnblogs.com/chenpi/p/6185773.html)
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第三种实现单例的方法是声明一个单元素枚举:
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这个方法与公有领域方法类似,但是它更简练,免费提供了序列化机制,提供了强有力的保证不会被多次实例化,即使面对复杂实例化或反射攻击。这个方法可能有一点反常,但是单元素枚举类型通常是最好的方式来实现一个实例。注意到,如果你的单例必须继承一个超类而不是枚举,你不能使用这个方法(虽然你可以声明一个枚举来实现接口)
本文写于2018.11.14,历时9天