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Effective Java笔记(3)用私有构造器或者枚举类型强化 Singleton 属性

2023-07-13

        Singleton 是指仅仅被实例化一次的类 。Singleton 通常被用来代表一个无状态的对象,如函数,或者那些本质上唯一的系统组件 。 使类成为 Singleton会使它的害户端测试变得十分困难 ,因为不可能给 Singleton 替换模拟实现,除非实现一个充当其类型的接口 。

        实现 Singleton 有两种常见的方法 。 这两种方法都要保持构造器为私有的,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:

// Singleton with pubTic final field
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,将只会存在一个Elvis 实例 ,不多也不少 。 客户端的任何行为都不会改变这一点, 但要提醒一点: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 :

// Singleton with static factory
public class Elvis {
    private static final Elvis INSTANCE = new Elvis();
    private Elvis() { ... }
    pub1ic 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) 。

        公有域方法的主要优势在于,API 很清楚地表明了这个类是一个 Singleton:公有的静态域是 final 的,所以该域总是包含相同的对象引用 。 第二个优势在于它更简单 。

        静态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 。 第二个优势是, 如果应用程序需要,可以编写一个泛型 Singleton 工厂( generic singleton factory) 。使用静态工厂的最后一个优势是,可以通过方法引用( method reference )作为提供者,比如Elvis::instance 就是一个 Supplier<Elvis> 。 除非满足以上任意一种优势 ,否则还是优先考虑公有域( public -field )的方法 。

        为了将利用上述方法实现的 Singleton 类变成是可序列化的( Serializable ),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(详见第四条)。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,在我们的例子中,会导致“假冒的 Elvis”。 为了防止发生这种情况,要在 Elvis 类中加入如下 readResolve 方法:

// readResolve method to preserve singleton property
private Object readResolve() {
    // Return the one true Elvis and 1et the garbage collector
    // take care of the Elvis impersonator.
    return INSTANCE;
}

        实现 Singleton 的第三种方法是声明一个包含单个元素的枚举类型:

// Enum singleton - the preferred approach
public enum Elvis {
    INSTANCE;

    public void leaveTheBuilding() { ... }
}

        这种方法在功能上与公有域方法相似,但更加简洁,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经常成为实现 Singleton 的最佳方法 。 注意,如果 Singleton必须扩展一个超类,而不是扩展 Enum 的时候,则不宜使用这个方法(虽然可以声明枚举去实现接口) 。

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