单例设计模式

单例模式——即使那些不喜欢使用设计模式的人，也一定听说过单例模式。曾经有人甚至将其称为反模式，但那仅仅是因为它过于流行。

那么，对于第一次接触这个模式的人来说，它到底是什么？

通常情况下，当我们有一个类时，可以随意创建多个实例。例如，假设我们要列出我们最喜欢的电影：

1val myFavoriteMovies = listOf("黑鹰坠落", "银翼杀手")
2val yourFavoriteMovies = listOf(...)

注意，我们可以创建任意多个 List 实例，这没有任何问题。大多数类都可以有多个实例。

接下来，如果我们两人都想列出“速度与激情”系列的最佳电影呢？

1val myFavoriteQuickAndAngryMovies = listOf()
2val yourFavoriteQuickAndAngryMovies = listOf()

注意，这两个列表完全相同，因为它们都是空的。而且由于它们是不可变的，所以会一直保持为空。

既然这两个类的实例完全相同，根据 equals 方法判断，就没有必要在内存中保存多个副本。理想情况下，所有指向空列表的引用都应该指向同一个对象实例。事实上，null 就是这种情况——所有的 null 都是相同的。 这正是单例设计模式的核心思想。

要求

单例设计模式有以下几个基本要求：

• 系统中必须只有一个实例。
• 该实例应能从系统的任何地方访问。

在 Java 或其他一些语言中，实现这些要求非常复杂。首先，我们需要将类的构造函数设为 private，以禁止外部创建新实例；其次，还必须确保实例化过程是懒加载、线程安全且性能良好的，具体包括：

在 Java 或 C++ 中满足所有这些要求非常困难，或者至少代码会显得冗长繁琐。

Kotlin 通过引入一个关键字 object，让创建单例变得极为简单。使用这个关键字，我们可以轻松实现一个满足所有要求的单例对象。

注意： object 关键字不仅仅用于创建单例。我们将在本章后续部分深入探讨它的其他用途。

声明单例对象的方式类似于定义普通类，但不需要构造函数，因为单例对象不能由我们手动实例化：

1object NoMoviesList

从现在起，我们可以在代码的任何位置访问 NoMoviesList，并且系统中只会存在一个该对象的实例：

1val myFavoriteQuickAndAngryMovies = NoMoviesList
2val yourFavoriteQuickAndAngryMovies = NoMoviesList
3println(myFavoriteQuickAndAngryMovies === yourFavoriteQuickAndAngryMovies) // true

注意这里使用的引用相等运算符 ===，用于检查两个变量是否指向内存中的同一对象。但这真的算是一个列表吗？

让我们写一个函数来打印电影列表：

1fun printMovies(movies: List<String>) {
2    for (m in movies) {
3        println(m)
4    }
5}

当我们传入一个初始的电影列表时，代码可以正常编译：

1// 每部电影单独一行输出
2printMovies(myFavoriteMovies)

但如果我们传入我们的空电影列表，代码将无法编译：

1printMovies(myFavoriteQuickAndAngryMovies)
2// 类型不匹配：推断出的类型是 NoMoviesList，但期望的是 List<String>

原因是我们的函数只接受 String 类型列表作为参数，而没有告诉编译器 NoMoviesList 也是这种类型（尽管名字暗示了这一点）。

幸运的是，在 Kotlin 中，单例对象可以实现接口，而 List 是一个泛型接口：

1object NoMoviesList : List<String>

现在，编译器会提示我们实现所需的方法。我们只需为 object 添加一个主体即可：

1object NoMoviesList : List<String> {
2    override val size = 0
3    override fun contains(element: String) = false
4    ...
5}

现在，Kotlin 已经提供了一个用于创建任意类型空列表的函数：

1printMovies(emptyList())

该函数返回一个实现了 List 接口的单例对象。这是一个现代软件中依然活跃应用设计模式的绝佳例子。

Kotlin 的 object 与普通类有一个重要区别——它不能有构造函数。如果需要为单例添加初始化逻辑，比如首次加载配置文件中的数据，可以使用 init 块：

1object Logger {
2    init {
3        println("我第一次被访问了")
4        // 初始化逻辑放在这里
5    }
6    // 更多代码放在这里
7}

完整实现如下：

1fun main() {
2    Logger.log("Hello World")
3}
4
5/**
6 * object 关键字将创建一个单例
7 */
8object Logger {
9    init {
10        println("我第一次被访问了")
11
12        // 初始化逻辑放在这里
13    }
14
15    fun log(message: String) {
16        println("正在记录 $message")
17    }
18    // 更多代码放在这里
19}

需要注意的是，如果从未调用过该单例，它的初始化逻辑将完全不会执行，从而节省资源。这被称为懒初始化。