Java中Singleton的三種實現方式解析
阿新 • • 發佈：2021-02-21
## 一、什麼是Singleton？
《設計模式》的作者、Eclipse和 Junit 的開發者 Erich Gamma 在它的理論體系中將 Singleton 定義為僅僅被例項化一次的類。在當今面向物件程式的實際開發中，Singleton 通常被用來代表**一個無狀態的物件**，例如函式和那些本質上唯一的系統元件。
值得注意的是，使類成為 Singleton 會使得它的客戶端測試變得非常困難，因為我們不可能給Singleton替換模擬實現，除非我們實現一個充當其型別的介面。
實現 Singleton 有三種常見方法，他們或是保持構造器私有並匯出公有的靜態成員，或是宣告一個包含單個元素的列舉型別。
## 二、Singleton實現 —— 構造器私有
#### 1、公有靜態成員為一個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，我們僅僅擁有一個私有的構造器，它也只在初始化final域時被呼叫一次。由於缺少可以使用的構造器，後續的程式無法再建立 Elvis 物件。這保證了在該Java程式的整個生命週期中， Elvis 物件有且只有一個存在。
但需要注意的是，一些高許可權的客戶端可以藉助 AccessibleObject.setAccessible 方法通過反射機制呼叫私有的構造器。為了避免這樣的可能的攻擊，可以修改構造器，讓它在被要求建立第二個例項的時候丟擲異常。
公有域方法的主要優勢在於，API很清楚地表明瞭這個類是一個 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。
#### 2、公有靜態成員為一個靜態工廠方法
```
//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，無論怎樣呼叫 getInstance 方法，返回的都是同一個物件的引用。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勢
- 第一，它提供了更多的靈活性，在不改變API的前提下，我們可以輕易地自由調整這個類是否是Singleton。工廠方法返回該類的唯一例項，但它很容易修改成別的樣子，例如為每個呼叫該方法的執行緒提供唯一例項。
- 第二，如果程式需要，我們可以編寫一個泛型 Singleton 工廠。
- 第三，我們可以通過方法引用作為提供者，比如 Elvis::instance 就是一個 Supplier< Elvis >
>（注：方法引用是Java8的一個新特性）
除非我們需要上述的其中一種優勢，我們還是應該選擇更簡單易懂的使用公有域的方法。
#### 3、將利用上述方法實現的Singleton類變為可序列化的
使用上述兩種方法實現的 Singleton ，要把他們變成可序列化的，不能僅僅在宣告中加上 implements Serializable 。為了維護並保證 Singleton ，我們必須生命所有例項域都是瞬時的，並提供一個 readResolve 方法。否則在我們每次序列化時都會建立一個新的例項。為了防止這種情況，我們要在 Elvis 類中加入如下這樣的 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;
}
```
## 三、Singleton實現 —— 宣告包含單個元素的列舉型別
```
//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相似，但更加簡潔，無償地提供了序列化機制，絕對防止多次例項化，即使是在面對複雜的序列化或者反射攻擊的時候。 雖然這種方法還沒有廣 泛採用，**但是單元素的列舉型別經常成為實現 Singleton 的最佳方法**。 注意，如果 Singleton 必須擴充套件一個超類，而不是擴充套件 Enum 的時候，則不宜使用這個方法（雖然可以宣告列舉去實現介面）。