Effective Java第二版笔记之使用私有构造器或枚举实现单例

梦里梦外; 2022-09-10 05:15 86阅读 0赞

# 什么是单例 #

单例是指只会初始化一次，因而最多只会有一个实例的类。单例一般用来表示本质上只有一个的组件。比如操作系统中的窗体管理器和文件系统等。

# 单例类具备哪些要求 #

在使用单例时，需要考虑以下几点：

*  访问权限控制，应当使用私有属性或方法生成实例
 *  反射攻击（防止通过反射调用私有属性或方法，生成新的实例）
 *  反序列化问题（防止多次反序列化生成多个不同的实例）
 *  线程安全（防止不同线程生成多个不同的实例）
 *  是否使用延迟加载，只在需要的时候才生成实例

如果不考虑延迟加载的问题，枚举是实现单例的最佳选择。

下面以一个完整的例子讲解在不使用枚举的情况下，做到以上几点，（除了反射攻击）。

public class TantanitLogo implements Serializable { 
        private volatile static TantanitLogo singleton;
        private volatile static boolean initialized = false;
    
        private TantanitLogo() { 
            synchronized (TantanitLogo.class) { 
                if (initialized == false) { 
                    initialized = true;
                } else { 
                    throw new RuntimeException("受到反射攻击！");
                }
            }
    
        }
    
        public static TantanitLogo getInstance() { 
            if (singleton == null) { 
                synchronized (TantanitLogo.class) { 
                    if (singleton == null) { 
                        singleton = new TantanitLogo();
                    }
                }
            }
            return singleton;
    
        }
    
        private Object readResolve() { 
            return singleton;
        }
    
        public static void otherMethod() { 
            System.out.println("执行TantanitLogo类的静态方法otherMethod！");
            if (TantanitLogo.singleton == null) { 
                System.out.println("此时singleton为null，未被初始化！");
            } else { 
                System.out.println("此时singleton不为null，已被初始化！");
            }
        }
    }

# 访问权限控制 #

例子中成员变量singleton和构造器都是私有类型的，实现了访问权限控制。

# 解决反射攻击问题（无除枚举外的其它方式） #

目前除了使用枚举似乎没有其它方法可以解决反射攻击，以下代码仍然无法避免反射攻击。

private volatile static boolean initialized = false;
    
    private TantanitLogo() { 
        synchronized (TantanitLogo.class) { 
            if (initialized == false) { 
                initialized = true;
            } else { 
                throw new RuntimeException("受到反射攻击！");
            }
        }
    
    }

这段代码本意是，添加成员变量initialized，用来标识是否生成过实例，在调用构造函数时，如果已经调用过一次，生成过实例，则报错。但如果使用反射的方式先将initialized改为false，再调用私有构造函数，就可以顺利绕过initialized，生成第二个实例，破坏单例性。

# 解决反序列化问题 #

TantanitLogo类实现了Serializable接口，可以被序列化和反序列化，为类添加的readResolve方法，可以解决反序列化时生成新的实例的问题。

private Object readResolve() { 
         return singleton;
     }

在TantanitLogoTest类添加以下测试代码：

/** * 测试反序列化 */
    public static void testDeserialize() throws IOException, ClassNotFoundException { 
        TantanitLogo tantanitLogo1 = TantanitLogo.getInstance();
    
    
        FileOutputStream fos = new FileOutputStream("object.out");
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
        oos.writeObject(tantanitLogo1);
        oos.close();
        fos.close();
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("object.out"));
        TantanitLogo tantanitLogo3 = (TantanitLogo) ois.readObject();
        if (tantanitLogo1 == tantanitLogo3) { 
            System.out.println("tantanitLogo1与tantanitLogo3是同一个实例");
        } else { 
            System.out.println("tantanitLogo1与tantanitLogo3不是同一个实例");
        }
    }

当TantanitLogo类中有readResolve方法时，ObjectInputStream的readObject方法会调用readResolve方法，所以输出结果为“tantanitLogo1与tantanitLogo3是同一个实例”，当TantanitLogo类中没有readResolve方法时，则输出“tantanitLogo1与tantanitLogo3不是同一个实例”。

# 线程安全 #

public static TantanitLogo getInstance() { 
        if (singleton == null) { 
            synchronized (TantanitLogo.class) { 
                if (singleton == null) { 
                    singleton = new TantanitLogo();
                }
            }
        }
        return singleton;
    
    }

在[上一篇文章][Link 1]中讲解了使用静态工厂方法代替构造器的好处，这里就是使用getInstance方法就是代替构造器，生成实例。而使用synchronized关键字达到线程安全的目的，您可能注意到，我在synchronized代码块外加了singleton == null的条件判断。这是由于只有当singleton为null时才会进行new操作，生成新的实例，所以只在这个时候对代码加同步限制。

# 延迟加载 #

以下是TantanitLogo中的另一个静态类方法：

public static void otherMethod() { 
        System.out.println("执行TantanitLogo类的静态方法otherMethod！");
        if (TantanitLogo.singleton == null) { 
            System.out.println("此时singleton为null，未被初始化！");
        } else { 
            System.out.println("此时singleton不为null，已被初始化！");
        }
    }

由于只在TantanitLogo的静态方法getInstance中进行new操作，生成新的实例。所以调用其它静态方法不会生成新的实例。在TantanitLogoTest添加方法进行测试：

/** * 测试延迟加载 */
    public static void testLazyLoad() { 
        TantanitLogo.otherMethod();
    }

输出结果为

执行TantanitLogo类的静态方法otherMethod！
    此时singleton为null，未被初始化！”

满足延迟加载的要求。

您可以以每次启动调用一个测试函数的方法，对以上几个特征分别进行测试。如果您觉得哪个特征在您的应用场景中不重要，也可以很容易地进行简化。

# 使用枚举类实现单例 #

public enum TantanitLogoEnum { 
        singleton
    }

使用只有一个元素的枚举类可以很方便地实现单例，并且满足除了延迟加载之外的所有要求：

*  反射攻击（防止通过反射调用私有属性或方法，生成新的实例）
 *  反序列化问题（防止多次反序列化生成多个不同的实例）
 *  线程安全（防止不同线程生成多个不同的实例）

下篇文章，将会对Enum类的工作原理进行解析，并解释为什么枚举具有这些优势。

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[Link 1]: http://tantanit.com/effectiv-java-static-method-replace-constructor/
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