使用枚举来写出更优雅的单例设计模式
Java 中的单例设计模式，很多时候我们只会注意到线程引起的表象性问题，但是没考虑过对反射机制的限制，此文旨在简单介绍利用枚举来防止反射的漏洞。
一、最常见的单例
我们先展示一段最常见的懒汉式的单例：
public class Singleton {
private Singleton(){} // 私有构造
private static Singleton instance = null; // 私有单例对象
// 静态工厂
public static Singleton getInstance(){
if (instance == null) { // 双重检测机制
synchronized (Singleton.class) { // 同步锁
if (instance == null) { // 双重检测机制
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
复制代码
上述单例的写法采用的 双重检查机制 增加了一定的安全性，但是没有考虑到 JVM 编译器的指令重排 。
二、杜绝 JVM 的指令重排对单例造成的影响
1、什么是指令重排
比如 java 中简单的一句 instance = new Singleton，会被编译器编译成如下 JVM 指令：
memory =allocate(); //1：分配对象的内存空间 ctorInstance(memory); //2：初始化对象 instance =memory; //3：设置instance指向刚分配的内存地址 复制代码
但是这些指令顺序并非一成不变，有可能会经过 JVM 和 CPU 的优化，指令重排成下面的顺序：
memory =allocate(); //1：分配对象的内存空间 instance =memory; //3：设置instance指向刚分配的内存地址 ctorInstance(memory); //2：初始化对象 复制代码
2、影响
对应到上文的单例模式，会产生如下图的问题：
-
当线程 A 执行完1,3,时，准备走2，即 instance 对象还未完成初始化，但已经不再指向 null 。
-
此时如果线程 B 抢占到CPU资源，执行 if（instance == null）的结果会是 false，
-
从而返回一个没有初始化完成的instance对象。
3、解决
如何去防止呢，很简单，可以利用关键字 volatile 来修饰 instance 对象，如下图进行优化：
why？
很简单，volatile 修饰符在此处的作用就是阻止变量访问前后的指令重排，从而保证了指令的执行顺序。
意思就是，指令的执行顺序是严格按照上文的 1、2、3 来执行的，从而对象不会出现中间态。
其实，volatile 关键字在多线程的开发中应用很广，暂不赘述。
虽然很赞，但是此处仍然 没有考虑过反射机制带来的影响 。
三、进阶篇，实现完美单例
1、小插曲
实现单例有很多种模式，在此介绍一种使用静态内部类实现单例模式的方式：
public class Singleton {
private static class LazyHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
return LazyHolder.INSTANCE;
}
}
复制代码
这是一种很巧妙的方式，原由是：
-
从外部无法访问静态内部类 LazyHolder，只有当调用 Singleton.getInstance() 方法的时候，才能得到单例对象 INSTANCE。
-
INSTANCE 对象初始化的时机并不是在单例类 Singleton 被加载的时候，而是在调用 getInstance 方法，使得静态内部类 LazyHolder 被加载的时候。
-
因此这种实现方式是利用classloader的加载机制来实现懒加载，并保证构建单例的线程安全。
2、漏洞展示
很多种单例的写法都有一个通病，就是无法防止反射机制的漏洞，从而无法保证对象的唯一性，如下举例：
利用如下的反正代码对上文构造的单例进行对象的创建。
public static void main(String[] args) {
try {
//获得构造器
Constructor con = Singleton.class.getDeclaredConstructor();
//设置为可访问
con.setAccessible(true);
//构造两个不同的对象
Singleton singleton1 = (Singleton)con.newInstance();
Singleton singleton2 = (Singleton)con.newInstance();
//验证是否是不同对象
System.out.println(singleton1);
System.out.println(singleton2);
System.out.println(singleton1.equals(singleton2));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
复制代码
我们直接看结果：
结果很明显，这显然是两个对象。
3、解决
使用 枚举 来实现单例模式。
实现很简单，就三行代码：
public enum Singleton {
INSTANCE;
}
复制代码
上面所展示的就是一个单例，
why？
其实这就是 enum 的一块语法糖， JVM 会阻止反射获取枚举类的私有构造方法 。
仍然使用上文的反射代码来进行测试，发现，报错。嘿嘿，完美解决反射的问题。
正文到此结束
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