Effective Java 第三版——3. 使用私有构造方法或枚类实现Singleton属性

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《Effective Java, Third Edition》一书英文版已经出版，这本书的第二版想必很多人都读过，号称Java四大名著之一，不过第二版2009年出版，到现在已经将近8年的时间，但随着Java 6，7，8，甚至9的发布，Java语言发生了深刻的变化。
在这里第一时间翻译成中文版。供大家学习分享之用。
书中的源代码地址：https://github.com/jbloch/effective-java-3e-source-code
注意，书中的有些代码里方法是基于Java 9 API中的，所以JDK 最好下载 JDK 9以上的版本。但是Java 9 只是一个过渡版本，所以建议安装JDK 10。

Effective Java, Third Edition

3. 使用私有构造方法或枚类实现Singleton属性

单例是一个仅实例化一次的类[Gamma95]。单例对象通常表示无状态对象，如函数(条目 24)或一个本质上唯一的系统组件。让一个类成为单例会使测试它的客户变得困难，因为除非实现一个作为它类型的接口，否则不可能用一个模拟实现替代单例。

有两种常见的方法来实现单例。两者都基于保持构造方法私有和导出公共静态成员以提供对唯一实例的访问。在第一种方法中，成员是final修饰的属性：

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

私有构造方法只调用一次，来初始化公共静态 final Elvis.INSTANCE属性。缺少一个公共的或受保护的构造方法，保证了全局的唯一性：一旦Elvis类被初始化，一个Elvis的实例就会存在——不多也不少。客户端所做的任何事情都不能改变这一点，但需要注意的是：特权客户端可以使用AccessibleObject.setAccessible方法，以反射方式调用私有构造方法(条目 65)。如果需要防御此攻击，请修改构造函数，使其在请求创建第二个实例时抛出异常。

在第二个实现单例的方法中，公共成员是一个静态的工厂方法：

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

    public void leaveTheBuilding() { ... }
}

所有对Elvis.getInstance的调用都返回相同的对象引用，并且不会创建其他的Elvis实例（与前面提到的警告相同）。

公共属性方法的主要优点是API明确表示该类是一个单例：公共静态属性是final的，所以它总是包含相同的对象引用。 第二个好处是它更简单。

静态工厂方法的一个优点是，它可以灵活地改变你的想法，无论该类是否为单例而不必更改其API。 工厂方法返回唯一的实例，但是可以修改，比如，返回调用它的每个线程的单独实例。 第二个好处是，如果你的应用程序需要它，可以编写一个泛型单例工厂（generic singleton factory ）（条目30）。 使用静态工厂的最后一个优点是方法引用可以用supplier，例如Elvis :: instance等同于Supplier。 除非与这些优点相关的，否则公共属性方法是可取的。

创建一个使用这两种方法的单例类(第12章)，仅仅将implements Serializable添加到声明中是不够的。为了维护单例的保证，声明所有的实例属性为transient，并提供一个readResolve方法(条目89)。否则，每当序列化实例被反序列化时，就会创建一个新的实例，在我们的例子中，导致出现新的Elvis实例。为了防止这种情况发生，将这个readResolve方法添加到Elvis类：

// 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;
}

实现一个单例的第三种方法是声明单一元素的枚举类：

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

    public void leaveTheBuilding() { ... }
}

这种方式类似于公共属性方法，但更简洁，提供了免费的序列化机制，并提供了针对多个实例化的坚固保证，即使是在复杂的序列化或反射攻击的情况下。这种方法可能感觉有点不自然，但是单一元素枚举类通常是实现单例的最佳方式。注意，如果单例必须继承Enum以外的父类(尽管可以声明一个Enum来实现接口)，那么就不能使用这种方法。