Implementação do Padrão Java Singleton

Para implementar um padrão singleton, temos diferentes abordagens, mas todas elas têm os seguintes conceitos comuns.

• Construtor privado para restringir a instanciação da classe de outras classes.
• Variável estática privada da mesma classe que é a única instância da classe.
• Método estático público que retorna a instância da classe. Este é o ponto de acesso global para o mundo externo obter a instância da classe singleton.

Nas próximas seções, aprenderemos diferentes abordagens para implementação de padrões singleton e preocupações de design com a implementação.

1. Inicialização rápida

Na inicialização ansiosa, a instância da classe singleton é criada no momento do carregamento da classe. A desvantagem da inicialização ansiosa é que o método é criado mesmo que o aplicativo cliente não o esteja usando. Aqui está a implementação da classe singleton de inicialização estática:

package com.journaldev.singleton;

public class EagerInitializedSingleton {

    private static final EagerInitializedSingleton instance = new EagerInitializedSingleton();

    // private constructor to avoid client applications using the constructor
    private EagerInitializedSingleton(){}

    public static EagerInitializedSingleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

Se sua classe singleton não estiver usando muitos recursos, essa é a abordagem a ser usada. Mas na maioria dos cenários, classes singleton são criadas para recursos como Sistema de Arquivos, conexões de Banco de Dados, etc. Devemos evitar a instanciação, a menos que o cliente chame o getInstancemétodo. Além disso, esse método não fornece nenhuma opção para tratamento de exceções.

2. Inicialização de bloco estático

A implementação da inicialização de bloco estático é semelhante à inicialização ansiosa, exceto que a instância da classe é criada no bloco estático que fornece a opção de tratamento de exceções .

package com.journaldev.singleton;

public class StaticBlockSingleton {

    private static StaticBlockSingleton instance;

    private StaticBlockSingleton(){}

    // static block initialization for exception handling
    static {
        try {
            instance = new StaticBlockSingleton();
        } catch (Exception e) {
            throw new RuntimeException("Exception occurred in creating singleton instance");
        }
    }

    public static StaticBlockSingleton getInstance() {
        return instance;
    }
}

Tanto a inicialização rápida quanto a inicialização de bloco estático criam a instância antes mesmo que ela seja usada, e essa não é a melhor prática a ser usada.

3. Inicialização preguiçosa

O método de inicialização lazy para implementar o padrão singleton cria a instância no método de acesso global. Aqui está o código de exemplo para criar a classe singleton com esta abordagem:

package com.journaldev.singleton;

public class LazyInitializedSingleton {

    private static LazyInitializedSingleton instance;

    private LazyInitializedSingleton(){}

    public static LazyInitializedSingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new LazyInitializedSingleton();
        }
        return instance;
    }
}

A implementação anterior funciona bem no caso do ambiente single-threaded, mas quando se trata de sistemas multi-threaded, pode causar problemas se vários threads estiverem dentro da ifcondição ao mesmo tempo. Isso destruirá o padrão singleton e ambos os threads obterão instâncias diferentes da classe singleton. Na próxima seção, veremos diferentes maneiras de criar uma classe singleton thread-safe .

4. Singleton seguro para threads

Uma maneira simples de criar uma classe singleton thread-safe é fazer com que o método de acesso global seja sincronizado para que apenas uma thread possa executar esse método por vez. Aqui está uma implementação geral dessa abordagem:

package com.journaldev.singleton;

public class ThreadSafeSingleton {

    private static ThreadSafeSingleton instance;

    private ThreadSafeSingleton(){}

    public static synchronized ThreadSafeSingleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new ThreadSafeSingleton();
        }
        return instance;
    }

}

A implementação anterior funciona bem e fornece segurança de thread, mas reduz o desempenho devido ao custo associado ao método synchronized, embora precisemos dele apenas para os primeiros threads que podem criar instâncias separadas. Para evitar essa sobrecarga extra toda vez, o princípio de bloqueio verificado duas vezes é usado. Nessa abordagem, o bloco synchronized é usado dentro da ifcondição com uma verificação adicional para garantir que apenas uma instância de uma classe singleton seja criada. O seguinte trecho de código fornece a implementação de bloqueio verificado duas vezes:

public static ThreadSafeSingleton getInstanceUsingDoubleLocking() {
    if (instance == null) {
        synchronized (ThreadSafeSingleton.class) {
            if (instance == null) {
                instance = new ThreadSafeSingleton();
            }
        }
    }
    return instance;
}

Continue seu aprendizado com a classe Thread Safe Singleton .

5. Implementação de Bill Pugh Singleton

Antes do Java 5, o modelo de memória Java tinha muitos problemas, e as abordagens anteriores costumavam falhar em certos cenários em que muitos threads tentavam obter a instância da classe singleton simultaneamente. Então Bill Pugh surgiu com uma abordagem diferente para criar a classe singleton usando uma classe auxiliar estática interna . Aqui está um exemplo da implementação do Singleton de Bill Pugh:

package com.journaldev.singleton;

public class BillPughSingleton {

    private BillPughSingleton(){}

    private static class SingletonHelper {
        private static final BillPughSingleton INSTANCE = new BillPughSingleton();
    }

    public static BillPughSingleton getInstance() {
        return SingletonHelper.INSTANCE;
    }
}

Observe a classe estática interna privada que contém a instância da classe singleton. Quando a classe singleton é carregada, SingletonHelpera classe não é carregada na memória e somente quando alguém chama o getInstance()método, essa classe é carregada e cria a instância da classe singleton. Essa é a abordagem mais amplamente usada para a classe singleton, pois não requer sincronização.

6. Usando Reflexão para destruir o Padrão Singleton

A reflexão pode ser usada para destruir todas as abordagens de implementação singleton anteriores. Aqui está uma classe de exemplo:

package com.journaldev.singleton;

import java.lang.reflect.Constructor;

public class ReflectionSingletonTest {

    public static void main(String[] args) {
        EagerInitializedSingleton instanceOne = EagerInitializedSingleton.getInstance();
        EagerInitializedSingleton instanceTwo = null;
        try {
            Constructor[] constructors = EagerInitializedSingleton.class.getDeclaredConstructors();
            for (Constructor constructor : constructors) {
                // This code will destroy the singleton pattern
                constructor.setAccessible(true);
                instanceTwo = (EagerInitializedSingleton) constructor.newInstance();
                break;
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(instanceOne.hashCode());
        System.out.println(instanceTwo.hashCode());
    }

}

Ao executar a classe de teste anterior, você notará que hashCodeambas as instâncias não são as mesmas, o que destrói o padrão singleton. O Reflection é muito poderoso e usado em muitos frameworks como Spring e Hibernate. Continue seu aprendizado com o Tutorial Java Reflection .

7. Enumeração Singleton

Para superar essa situação com o Reflection, Joshua Bloch sugere o uso de enumpara implementar o padrão de design singleton, já que Java garante que qualquer enumvalor seja instanciado apenas uma vez em um programa Java. Como os valores Java Enum são globalmente acessíveis, o singleton também é. A desvantagem é que o enumtipo é um tanto inflexível (por exemplo, ele não permite inicialização preguiçosa).

package com.journaldev.singleton;

public enum EnumSingleton {

    INSTANCE;

    public static void doSomething() {
        // do something
    }
}

8. Serialização e Singleton

Às vezes, em sistemas distribuídos, precisamos implementar Serializableinterface na classe singleton para que possamos armazenar seu estado no sistema de arquivos e recuperá-lo em um momento posterior. Aqui está uma pequena classe singleton que implementa Serializableinterface também:

package com.journaldev.singleton;

import java.io.Serializable;

public class SerializedSingleton implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = -7604766932017737115L;

    private SerializedSingleton(){}

    private static class SingletonHelper {
        private static final SerializedSingleton instance = new SerializedSingleton();
    }

    public static SerializedSingleton getInstance() {
        return SingletonHelper.instance;
    }

}

O problema com a classe singleton serializada é que sempre que a desserializamos, ela criará uma nova instância da classe. Aqui está um exemplo:

package com.journaldev.singleton;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.ObjectInput;
import java.io.ObjectInputStream;
import java.io.ObjectOutput;
import java.io.ObjectOutputStream;

public class SingletonSerializedTest {

    public static void main(String[] args) throws FileNotFoundException, IOException, ClassNotFoundException {
        SerializedSingleton instanceOne = SerializedSingleton.getInstance();
        ObjectOutput out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(
                "filename.ser"));
        out.writeObject(instanceOne);
        out.close();

        // deserialize from file to object
        ObjectInput in = new ObjectInputStream(new FileInputStream(
                "filename.ser"));
        SerializedSingleton instanceTwo = (SerializedSingleton) in.readObject();
        in.close();

        System.out.println("instanceOne hashCode="+instanceOne.hashCode());
        System.out.println("instanceTwo hashCode="+instanceTwo.hashCode());

    }

}

Esse código produz esta saída:

instanceOne hashCode=2011117821
instanceTwo hashCode=109647522

Então ele destrói o padrão singleton. Para superar esse cenário, tudo o que precisamos fazer é fornecer a implementação do readResolve()método.

protected Object readResolve() {
    return getInstance();
}

Depois disso, você notará que hashCodeambas as instâncias são iguais no programa de teste.

Fonte: https://www.digitalocean.com/community/tutorials/java-singleton-design-pattern-best-practices-examples