Java中Singleton的三种实现方式解析

一、什么是Singleton？

《设计模式》的作者、Eclipse和 Junit 的开发者 Erich Gamma 在它的理论体系中将 Singleton 定义为仅仅被实例化一次的类。在当今面向对象程序的实际开发中，Singleton 通常被用来代表一个无状态的对象，例如函数和那些本质上唯一的系统组件。

值得注意的是，使类成为 Singleton 会使得它的客户端测试变得非常困难，因为我们不可能给Singleton替换模拟实现，除非我们实现一个充当其类型的接口。

实现 Singleton 有三种常见方法，他们或是保持构造器私有并导出公有的静态成员，或是声明一个包含单个元素的枚举类型。

二、Singleton实现 —— 构造器私有

1、公有静态成员为一个final域

//Singleton with public final field

public class Elvis {

	public static final Elvis INSTANCE = new Elvis();

	pritvate Elvis() { ... }

	public void leaveTheBuilding() { ... }

}

在这个类中，我们仅仅拥有一个私有的构造器，它也只在初始化final域时被调用一次。由于缺少可以使用的构造器，后续的程序无法再创建 Elvis 对象。这保证了在该Java程序的整个生命周期中， Elvis 对象有且只有一个存在。

但需要注意的是，一些高权限的客户端可以借助 AccessibleObject.setAccessible 方法通过反射机制调用私有的构造器。为了避免这样的可能的攻击，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。

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 ，毕竟这是一个公有的静态属性。另外，这个方法要更加简单。

2、公有静态成员为一个静态工厂方法

//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(){ ... }

}

显然，无论怎样调用 getInstance 方法，返回的都是同一个对象的引用。注意上面提示的反射攻击问题依然存在。

静态工厂方法有两大优势

第一，它提供了更多的灵活性，在不改变API的前提下，我们可以轻易地自由调整这个类是否是Singleton。工厂方法返回该类的唯一实例，但它很容易修改成别的样子，例如为每个调用该方法的线程提供唯一实例。
第二，如果程序需要，我们可以编写一个泛型 Singleton 工厂。
第三，我们可以通过方法引用作为提供者，比如 Elvis::instance 就是一个 Supplier< Elvis >

（注：方法引用是Java8的一个新特性）

除非我们需要上述的其中一种优势，我们还是应该选择更简单易懂的使用公有域的方法。

3、将利用上述方法实现的Singleton类变为可序列化的

使用上述两种方法实现的 Singleton ，要把他们变成可序列化的，不能仅仅在声明中加上 implements Serializable 。为了维护并保证 Singleton ，我们必须生命所有实例域都是瞬时的，并提供一个 readResolve 方法。否则在我们每次序列化时都会创建一个新的实例。为了防止这种情况，我们要在 Elvis 类中加入如下这样的 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实现 —— 声明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）。