[譯]Object的侷限性——Kotlin中的帶參單例模式

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在Kotlin中，單例模式被用於替換該編程語言中不存在的static成員和字段。 你通過簡單地聲明object以創建一個單例:

object SomeSingleton

與類不同，object 不允許有任何構造函數，如果有需要，可以通過使用 init 代碼塊進行初始化的行爲:

object SomeSingleton {
    init {
        println("init complete")
    }
}

這樣object將被實例化，並且在初次執行時，其init代碼塊將以線程安全的方式懶惰地執行。 爲了這樣的效果，Kotlin對象實際上依賴於Java的 靜態代碼塊 。上述Kotlin的 object 將被編譯爲以下等效的Java代碼：

public final class SomeSingleton {
   public static final SomeSingleton INSTANCE;

   private SomeSingleton() {
      INSTANCE = (SomeSingleton)this;
      System.out.println("init complete");
   }

   static {
      new SomeSingleton();
   }
}

這是在JVM上實現單例的首選方式，因爲它可以在線程安全的情況下懶惰地進行初始化，同時不必依賴複雜的雙重檢查加鎖（double-checked locking）等加鎖算法。 通過在Kotlin中簡單地使用object進行聲明，您可以獲得安全有效的單例實現。

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圖：無盡的孤獨——單例（譯者：作者的描述讓我想起了一個悲情的角色，Maiev Shadowsong）

傳遞一個參數

但是，如果初始化的代碼需要一些額外的參數呢？你不能將任何參數傳遞給它，因爲Kotlin的object關鍵字不允許存在任何構造函數。

有些情況下，將參數傳遞給單例初始化代碼塊是被推薦的方式。 替代方法要求單例類需要知道某些能夠獲取該參數的外部組件(component)，但違反了關注點分離的原則並且使得代碼不可被複用。

爲了緩解這個問題，該外部組件可以是 依賴注入系統。這的確是一個具有可行性的解決方案，但您並不總是希望使用這種類型的庫——並且，在某些情況下您也無法使用它，就像在接下來的Android示例中我將會所提到的。

在Kotlin中，您必須通過不同的方式去管理單例的另一種情況是，單例的具體實現是由外部工具或庫（比如Retrofit，Room等等）生成的，它們的實例是通過使用Builder模式或Factory模式來獲取的——在這種情況下，您通常將單例通過interface或abstract class進行聲明，而不是object。

一個Android示例

在Android平臺上，您經常需要將Context實例作爲參數傳遞給單例組件的初始化代碼塊中，以便它們可以獲取 文件路徑，讀取系統設置或 開啓Service等等，但您還希望避免對其進行靜態引用（即使是Application的靜態引用在技術上是安全的）。 有兩種方法可以實現這一目標：

• 提前初始化：在運行任何（幾乎）其他代碼之前，通過在Application.onCreate()中調用初始化所有組件，此時Application是可用的——這個簡單的解決方案的主要缺點是它是通過阻塞主線程的方式來減慢應用程序啓動，並初始化了所有組件，甚至包括那些不會立即使用的組件。另一個鮮爲人知的問題是，在調用此方法之前，Content Provider也許已經被實例化了（正如文檔中所提到的），因此，若Content Provider使用全局的相關組件，則您必須保證能夠在Application.onCreate()之前初始化該組件,否則您的申請依然可能會導致應用崩潰。
• 延遲初始化：這是推薦的方法。組件是單例，返回其實例的函數持有Context參數。該單例將在第一次調用該函數時使用此參數進行創建和初始化操作。這需要一些同步機制才能保證線程的安全。使用此模式的標準Android組件的示例是LocalBroadcastManager：

LocalBroadcastManager.getInstance(context).sendBroadcast(intent)

可複用的Kotlin實現方式

我們可以通過封裝邏輯來懶惰地在SingletonHolder類中創建和初始化帶有參數的單例。

爲了使該邏輯的線程安全，我們需要實現一個同步算法，它是最有效的算法，同時也是最難做到的——它就是 雙重檢查鎖定算法(double-checked locking algorithm)。

open class SingletonHolder<out T, in A>(creator: (A) -> T) {
    private var creator: ((A) -> T)? = creator
    @Volatile private var instance: T? = null

    fun getInstance(arg: A): T {
        val i = instance
        if (i != null) {
            return i
        }

        return synchronized(this) {
            val i2 = instance
            if (i2 != null) {
                i2
            } else {
                val created = creator!!(arg)
                instance = created
                creator = null
                created
            }
        }
    }
}

請注意，爲了使算法正常工作，這裏需要將@Volatile註解對instance成員進行標記。

這可能不是最緊湊或優雅的Kotlin代碼，但它是爲雙重檢查鎖定算法生成最行之有效的代碼。請信任Kotlin的作者：實際上,這些代碼正是從Kotlin標準庫中的 lazy() 函數的實現中直接借用的，默認情況下它是同步的。它已被修改爲允許將參數傳遞給creator函數。

有鑑於其相對的複雜性，它不是您想要多次編寫（或者閱讀）的那種代碼，實際上其目標是，讓您每次必須使用參數實現單例時，都能夠重用該SingletonHolder類進行實現。

聲明getInstance()函數的邏輯位置在singleton類的伴隨對象內部，這允許通過簡單地使用單例類名作爲限定符來調用它，就好像Java中的靜態方法一樣。Kotlin的伴隨對象提供的一個強大功能是它也能夠像任何其他對象一樣從基類繼承，從而實現與僅靜態繼承相當的功能。

在這種情況下，我們希望使用SingletonHolder作爲單例類的伴隨對象的基類，以便在單例類上重用並自動公開其getInstance()函數。

對於SingletonHolder類構造方法中的creator參數，它是一個函數類型，您可以聲明爲一個內聯(inline)的lambda，但更常用的情況是 作爲一個函數引用的依賴交給構造器，最終其代碼如下所示：

class Manager private constructor(context: Context) {
    init {
        // Init using context argument
    }

    companion object : SingletonHolder<Manager, Context>(::Manager)
}

現在可以使用以下語法調用單例，並且它的初始化將是lazy並且線程安全的：

Manager.getInstance(context).doStuff()

當三方庫生成單例實現並且Builder需要參數時，您也可以使用這種方式，以下是使用Room 數據庫的示例：

@Database(entities = arrayOf(User::class), version = 1)
abstract class UsersDatabase : RoomDatabase() {

    abstract fun userDao(): UserDao

    companion object : SingletonHolder<UsersDatabase, Context>({
        Room.databaseBuilder(it.applicationContext,
                UsersDatabase::class.java, "Sample.db")
                .build()
    })
}

注意：當Builder不需要參數時，您只需使用lazy的屬性委託：

interface GitHubService {

    companion object {
        val instance: GitHubService by lazy {
            val retrofit = Retrofit.Builder()
                    .baseUrl("https://api.github.com/")
                    .build()
            retrofit.create(GitHubService::class.java)
        }
    }
}

我希望這些代碼能夠給您帶來一些啓發。如果您有建議或疑問，請不要猶豫，在評論部分開始討論，感謝您的閱讀！