Java 中的單例設計模式，很多時候我們只會注意到執行緒引起的表象性問題，但是沒考慮過對反射機制的限制，此文旨在簡單介紹利用列舉來防止反射的漏洞。
一、最常見的單例
我們先展示一段最常見的懶漢式的單例：
public class Singleton {
private Singleton(){} // 私有構造
private static Singleton instance = null; // 私有單例物件
// 靜態工廠
public static Singleton getInstance(){
if (instance == null) { // 雙重檢測機制
synchronized (Singleton.class) { // 同步鎖
if (instance == null) { // 雙重檢測機制
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
複製程式碼上述單例的寫法採用的雙重檢查機制增加了一定的安全性，但是沒有考慮到 JVM 編譯器的指令重排。
二、杜絕 JVM 的指令重排對單例造成的影響
1、什麼是指令重排
比如 java 中簡單的一句 instance = new Singleton，會被編譯器編譯成如下 JVM 指令：
memory =allocate(); //1：分配物件的記憶體空間
ctorInstance(memory); //2：初始化物件
instance =memory; //3：設定instance指向剛分配的記憶體地址
複製程式碼但是這些指令順序並非一成不變，有可能會經過 JVM 和 CPU 的優化，指令重排成下面的順序：
memory =allocate(); //1：分配物件的記憶體空間
instance =memory; //3：設定instance指向剛分配的記憶體地址
ctorInstance(memory); //2：初始化物件
複製程式碼2、影響
對應到上文的單例模式，會產生如下圖的問題：
-
當執行緒 A 執行完1,3,時，準備走2，即 instance 物件還未完成初始化，但已經不再指向 null 。
-
此時如果執行緒 B 搶佔到CPU資源，執行 if（instance == null）的結果會是 false，
-
從而返回一個沒有初始化完成的instance物件。
3、解決
如何去防止呢，很簡單，可以利用關鍵字 volatile 來修飾 instance 物件，如下圖進行優化：
why？
很簡單，volatile 修飾符在此處的作用就是阻止變數訪問前後的指令重排，從而保證了指令的執行順序。
意思就是，指令的執行順序是嚴格按照上文的 1、2、3 來執行的，從而物件不會出現中間態。
其實，volatile 關鍵字在多執行緒的開發中應用很廣，暫不贅述。
雖然很贊，但是此處仍然沒有考慮過反射機制帶來的影響。
三、進階篇，實現完美單例
1、小插曲
實現單例有很多種模式，在此介紹一種使用靜態內部類實現單例模式的方式：
public class Singleton {
private static class LazyHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance() {
return LazyHolder.INSTANCE;
}
}
複製程式碼這是一種很巧妙的方式，原由是：
-
從外部無法訪問靜態內部類 LazyHolder，只有當呼叫 Singleton.getInstance() 方法的時候，才能得到單例物件 INSTANCE。
-
INSTANCE 物件初始化的時機並不是在單例類 Singleton 被載入的時候，而是在呼叫 getInstance 方法，使得靜態內部類 LazyHolder 被載入的時候。
-
因此這種實現方式是利用classloader的載入機制來實現懶載入，並保證構建單例的執行緒安全。
2、漏洞展示
很多種單例的寫法都有一個通病，就是無法防止反射機制的漏洞，從而無法保證物件的唯一性，如下舉例：
利用如下的反正程式碼對上文構造的單例進行物件的建立。
public static void main(String[] args) {
try {
//獲得構造器
Constructor con = Singleton.class.getDeclaredConstructor();
//設定為可訪問
con.setAccessible(true);
//構造兩個不同的物件
Singleton singleton1 = (Singleton)con.newInstance();
Singleton singleton2 = (Singleton)con.newInstance();
//驗證是否是不同物件
System.out.println(singleton1);
System.out.println(singleton2);
System.out.println(singleton1.equals(singleton2));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
複製程式碼我們直接看結果：
結果很明顯，這顯然是兩個物件。
3、解決
使用列舉來實現單例模式。
實現很簡單，就三行程式碼：
public enum Singleton {
INSTANCE;
}
複製程式碼上面所展示的就是一個單例，
why？
其實這就是 enum 的一塊語法糖，JVM 會阻止反射獲取列舉類的私有構造方法。
仍然使用上文的反射程式碼來進行測試，發現，報錯。嘿嘿，完美解決反射的問題。
4、缺點
使用列舉的方法是起到了單例的作用，但是也有一個弊端，
那就是 無法進行懶載入。
原文地址：www.jetchen.cn/java-single…
