为什么大家都说要使用枚举来实现单例模式？看完你就知道了

Posted 2021-06-05 守夜人爱吃兔子

前言

单例模式是 Java中最基础也是最简单，最常用的设计模式之一。在运行期间，保证某个类只创建一个实例，保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点。而不管是懒汉式，饿汉式，还是通过加 volatile 双重锁校验，甚至是使用内部类来实现的单例模式，在反射 API 的魔爪下都不能保证严格的单例。

 

传统的单例写法解决了什么问题

首先，在除面试外的大多数情况下，传统的单例写法已经完全够用了。

通过 synchronized 关键字解决了多线程并发使用。

    public synchronized static SingleClassV1 getInstance(){
        if(instance == null){
            instance = new SingleClassV1();
        }
        return instance;
    }

考虑到每次获取单例对象都需要加锁，解锁。又有人发明了双重锁校验 + volatile 关键字模式：

    private static volatile SingleClassV2 instance;
    public static SingletonV2 getInstance() {
         if(instance == null){
             synchronized (SingletonV2.class){
                 if(instance == null){
                     instance = new SingletonV2();
                 }
             }
         }
         return instance;
     }

另外一种为了解决单例被重复初始化的写法：利用类只会被初始化一次的特性，又有人发明出来一种内部类单例的写法。

     private static class SingletonHolder {
         private static final SingletonV3 INSTANCE = new SingletonV3();
     }
     public static final SingletonV3 getInstance() {
         return SingletonHolder.INSTANCE;
     }

 

仍然存在的问题

由于 java 中有反射 API 这种变态的存在，以上所有的私有构造方法在反射面前都是毛毛雨。

    Class<?> clazzV2 = Class.forName(SingleClassV2.class.getName());
    Constructor<?> constructor = clazzV2.getDeclaredConstructors()[0];
    constructor.setAccessible(true);
    Object o = constructor.newInstance();

看来私有方法是防君子不防小人

 

为什么枚举就没有问题

我们来先看一下基于枚举的单例是什么样的。

public enum SingleClassV4 {
    INSTANCE;
    public String doSomeThing(){
        return "hello world";
    }
}

当然，从 java 代码是看不出来任何端倪的。

再使用 javap 看一下字节码。

public final class git.frank.SingleClassV4 extends java.lang.Enum<git.frank.SingleClassV4>
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_FINAL, ACC_SUPER, ACC_ENUM

可以发现，枚举类型会帮我们自动继承 java.lang.Enum 类。并且，在 flags 中该类被添加了 ACC_ENUM 标识。

然后，再看一下枚举类的构造方法：

  private git.frank.SingleClassV4();
    descriptor: (Ljava/lang/String;I)V
    flags: ACC_PRIVATE
    Code:
      stack=3, locals=3, args_size=3
         0: aload_0
         1: aload_1
         2: iload_2
         3: invokespecial #6                  // Method java/lang/Enum."<init>":(Ljava/lang/String;I)V
         6: return
      LineNumberTable:
        line 3: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       7     0  this   Lgit/frank/SingleClassV4;
    Signature: #29                          // ()V

枚举类也是要有构造方法的，而且也和普通的类没什么不同，也一样可以通过反射获取到：

 

接下来，让我们通过反射 invoke 一下他的构造方法看看会发生什么：

    constructor.newInstance();

结果如下：

Exception in thread "main" java.lang.IllegalArgumentException: Cannot reflectively create enum objects
	at java.lang.reflect.Constructor.newInstance(Constructor.java:417)

通过看 newInstance 方法代码的话，就很容易知道原因了：

    public T newInstance(Object ... initargs)
        throws InstantiationException, IllegalAccessException,
               IllegalArgumentException, InvocationTargetException
    {
        ...
        if ((clazz.getModifiers() & Modifier.ENUM) != 0)
            throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");
        ...
        T inst = (T) ca.newInstance(initargs);
        return inst;
    }

java 的反射 API 在创建对象实例是判断了当前类是否是枚举类型，否则就会抛异常出来。

 

总结

在传统的单例写法中，由于私有构造方法并不能完全杜绝从外部创建实例，所以严格来说那些单例的实现方式是存在漏洞的。

在《Effective Java》中也明确表达了要使用枚举来创建单例。

由于 java 的反射 API 已经通过写死的方式限制了不能为枚举类型创建实例，所以... 也算了解决了吧。

哎呀，这个东西是也是面试被问到的，正常人谁会用反射这种外挂去突破单例。