Java中Singleton的三種實現方式解析

1、什麼是Singleton？

《設計模式》的做者、Eclipse和 Junit 的開發者 Erich Gamma 在它的理論體系中將 Singleton 定義爲僅僅被實例化一次的類。在當今面向對象程序的實際開發中，Singleton 一般被用來表明一個無狀態的對象，例如函數和那些本質上惟一的系統組件。

值得注意的是，使類成爲 Singleton 會使得它的客戶端測試變得很是困難，由於咱們不可能給Singleton替換模擬實現，除非咱們實現一個充當其類型的接口。

實現 Singleton 有三種常見方法，他們或是保持構造器私有並導出公有的靜態成員，或是聲明一個包含單個元素的枚舉類型。

2、Singleton實現 —— 構造器私有

一、公有靜態成員爲一個final域

//Singleton with public final field 
public class Elvis { 
	public static final Elvis INSTANCE = new Elvis(); 
	pritvate Elvis() { ... } 
	public void leaveTheBuilding() { ... }
}

在這個類中，咱們僅僅擁有一個私有的構造器，它也只在初始化final域時被調用一次。因爲缺乏可使用的構造器，後續的程序沒法再建立 Elvis 對象。這保證了在該Java程序的整個生命週期中， Elvis 對象有且只有一個存在。

但須要注意的是，一些高權限的客戶端能夠藉助 AccessibleObject.setAccessible 方法經過反射機制調用私有的構造器。爲了不這樣的可能的攻擊，能夠修改構造器，讓它在被要求建立第二個實例的時候拋出異常。

公有域方法的主要優點在於，API很清楚地代表了這個類是一個 Singleton ，畢竟這是一個公有的靜態屬性。另外，這個方法要更加簡單。

二、公有靜態成員爲一個靜態工廠方法

//Singleton with static factory
public class Elvis { 
	private static final Elvis INSTANCE = new Elvis(); 
	pritvate Elvis() { ... } 
	public static Elvis getInstance(){ return INSTANCE; }
	public void leaveTheBuilding(){ ... }
}

顯然，不管怎樣調用 getInstance 方法，返回的都是同一個對象的引用。注意上面提示的反射攻擊問題依然存在。

靜態工廠方法有兩大優點

• 第一，它提供了更多的靈活性，在不改變API的前提下，咱們能夠輕易地自由調整這個類是不是Singleton。工廠方法返回該類的惟一實例，但它很容易修改爲別的樣子，例如爲每一個調用該方法的線程提供惟一實例。
• 第二，若是程序須要，咱們能夠編寫一個泛型 Singleton 工廠。
• 第三，咱們能夠經過方法引用做爲提供者，好比 Elvis::instance 就是一個 Supplier< Elvis >

（注：方法引用是Java8的一個新特性）

除非咱們須要上述的其中一種優點，咱們仍是應該選擇更簡單易懂的使用公有域的方法。

三、將利用上述方法實現的Singleton類變爲可序列化的

使用上述兩種方法實現的 Singleton ，要把他們變成可序列化的，不能僅僅在聲明中加上 implements Serializable 。爲了維護並保證 Singleton ，咱們必須生命全部實例域都是瞬時的，並提供一個 readResolve 方法。不然在咱們每次序列化時都會建立一個新的實例。爲了防止這種狀況，咱們要在 Elvis 類中加入以下這樣的 readResolve 方法。

//readResolve method to preserve singleton property 
	private Object readResolve(){
		//Return the one true Elvis and let the garbage collector take care of the Elvis impersonator
		return INSTANCE;
	}

3、Singleton實現 —— 聲明包含單個元素的枚舉類型

//Enum singleton - the preferred approach
public enum Elvis{
	INSTANCE;
	public void leaveTheBuilding(){ ... }
}

這種方法在功能上與公有域方法類似，但更加簡潔，無償地提供了序列化機制，絕對防止屢次實例化，即便是在面對複雜的序列化或者反射攻擊的時候。 雖然這種方法尚未廣 泛採用，可是單元素的枚舉類型常常成爲實現 Singleton 的最佳方法。 注意，若是 Singleton 必須擴展一個超類，而不是擴展 Enum 的時候，則不宜使用這個方法（雖然能夠聲明枚舉去實現接口）。