Singleton只不过是指仅仅实例化一次的类[Gamma95, p. 127]。Singleton通常被用来代表那些本质上唯一的系统组件,比如窗口管理器或者文件系统。使类成为Singleton会使它的客户端测试变得十分困难,因为无法给Singleton替换模拟实现,除非它实现一个充当其类型的接口。
在Java 1.5发行版本之前,实现Singleton有两种方法。这两种方法都要把构造器保持为私有的,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 public 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,用来初始化公有的静态final域Elvis.INSTANCE。没有公有的或者受保护的构造器,确保了Elvis的全局唯一性:一旦初始化了Elvis类,将只存在一个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于AccessibleObject.setAccessible方法,通过反射机制(见第53条)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() { ... } public 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)。
公有域方法的主要好处在于,组成类的成员的声明很清楚地表明了这个类是一个Singleton:公有的静态域是final的,所以该域将总是包含相同的对象引用。公有域方法在性能上不再有任何优势:现代的JVM(Java Virtual Machine)实现几乎都能够将静态工厂方法的调用内联化(inline)。
工厂方法的主要优势在于,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,它可以很容易被修改,比如改成为每个调用该方法的线程返回一个唯一的实例。第二个优势与泛型(见第27条)有关。这些优势之间通常都不相关,final域的方法比较简单。
为了使利用这其中一种方法实现的Singleton类变成是可序列化的(Serializable)(见第11章),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(见第77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,比如说,在我们的例子中,会导致"假冒的Elvis"。为了防止这种情况,要在Elvis类中加入下面这个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; }
// Enum singleton - the preferred approach public enum Elvis { INSTANCE; public void leaveTheBuilding() { ... } }