1 通用單例寫法帶來的弊端
我們看到的單例模式通用寫法，一般就是餓漢式單例的標准寫法。餓漢式單例寫法在類加載的時候立即初始化，並且創建單例對象。它絕對線程安全，在線程還沒出現之前就實例化了，不可能存在訪問安全問題。餓漢式單例還有另外一種寫法，代碼如下。
//餓漢式靜態代碼塊單例模式
public class HungryStaticSingleton {
private static final HungryStaticSingleton instance;
static {
instance = new HungryStaticSingleton();
}
private HungryStaticSingleton(){}
public static HungryStaticSingleton getInstance(){
return instance;
}
}
這種寫法使用靜態代碼塊的機制，非常簡單也容易理解。餓漢式單例模式適用於單例對象較少的情況。這樣寫可以保證絕對線程安全，執行效率比較高。但是它的缺點也很明顯，就是所有對象類在加載的時候就實例化。這樣一來，如果系統中有大批量的單例對象存在，而且單例對象的數量也不確定，則系統初始化時會造成大量的內存浪費，從而導致系統內存不可控。也就是說，不管對象用或不用，都占着空間，浪費了內存，有可能占着內存又不使用。那有沒有更優的寫法呢？我們繼續分析。
2 還原線程破壞單例的事故現場
為了解決餓漢式單例寫法可能帶來的內存浪費問題，於是出現了懶漢式單例的寫法。懶漢式單例寫法的特點是單例對象在被使用時才會初始化。懶漢式單例寫法的簡單實現LazySimpleSingleton如下。
//懶漢式單例模式在外部需要使用的時候才進行實例化
public class LazySimpleSingletion {
//靜態塊，公共內存區域
private static LazySimpleSingletion instance;
private LazySimpleSingletion(){}
public static LazySimpleSingletion getInstance(){
if(instance == null){
instance = new LazySimpleSingletion();
}
return instance;
}
}
但這樣寫又帶來了一個新的問題，如果在多線程環境下，則會出現線程安全問題。先來模擬一下，編寫線程類ExectorThread。
public class ExectorThread implements Runnable{
@Override
public void run() {
LazySimpleSingleton singleton = LazySimpleSingleton.getInstance();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + singleton);
}
}
編寫客戶端測試代碼如下。
public class LazySimpleSingletonTest {
public static void main(String[] args) {
Thread t1 = new Thread(new ExectorThread());
Thread t2 = new Thread(new ExectorThread());
t1.start();
t2.start();
System.out.println("End");
}
}
我們反復多次運行程序上的代碼，發現會有一定概率出現兩種不同結果，有可能兩個線程獲取的對象是一致的，也有可能兩個線程獲取的對象是不一致的。下圖是兩個線程獲取的對象不一致的運行結果。
下圖是兩個線程獲取的對象一致的結果。
顯然，這意味着上面的單例存在線程安全隱患。那么這個結果是怎么產生的呢？我們來分析一下，如下圖所示，如果兩個線程在同一時間同時進入getInstance()方法，則會同時滿足if(null == instance)條件，創建兩個對象。如果兩個線程都繼續往下執行后面的代碼，則有可能后執行的線程的結果覆蓋先執行的線程的結果。如果打印動作發生在覆蓋之前，則最終得到的結果就是一致的；如果打印動作發生在覆蓋之后，則得到兩個不一樣的結果。
當然，也有可能沒有發生並發，完全正常運行。下面通過調試方式來更深刻地理解一下。這里教大家一種新技能，用線程模式調試，手動控制線程的執行順序來跟蹤內存的變化。先把ExectorThread類打上斷點，如下圖所示。
單擊右鍵點擊斷點，切換為Thread模式，如下圖所示。
然后把LazySimpleSingleton類也打上斷點，同樣標記為Thread模式，如下圖所示。
切換回客戶端測試代碼，同樣也打上斷點，同時改為Thread模式，如下圖所示。
在開始Debug之后，我們會看到Debug控制台可以自由切換Thread的運行狀態，如下圖所示。
通過不斷切換線程，並觀測其內存狀態，我們發現在線程環境下LazySimpleSingleton被實例化了兩次。有時候得到的運行結果可能是兩個相同的對象，實際上是被后面執行的線程覆蓋了，我們看到了一個假象，線程安全隱患依舊存在。那么，如何優化代碼，使得懶漢式單例模式在線程環境下安全呢？來看下面的代碼，給getInstance()方法加上synchronized關鍵字，使這個方法變成線程同步方法。
public class LazySimpleSingletion {
//靜態塊，公共內存區域
private static LazySimpleSingletion instance;
private LazySimpleSingletion(){}
public synchronized static LazySimpleSingletion getInstance(){
if(instance == null){
instance = new LazySimpleSingletion();
}
return instance;
}
}
我們再來調試。當執行其中一個線程並調用getInstance()方法時，另一個線程在調用getInstance()方法，線程的狀態由RUNNING變成了MONITOR，出現阻塞。直到第一個線程執行完，第二個線程才恢復到RUNNING狀態繼續調用getInstance()方法，如下圖所示。
這樣，通過使用synchronized就解決了線程安全問題。
3 雙重檢查鎖單例寫法閃亮登場
在上一節中，我們通過調試的方式完美地展現了synchronized監視鎖的運行狀態。但是，如果在線程數量劇增的情況下，用synchronized加鎖，則會導致大批線程阻塞，從而導致程序性能大幅下降。就好比是地鐵進站限流，在寒風刺骨的冬天，所有人都在站前廣場轉圈圈，用戶體驗很不好，如下圖所示。
那有沒有辦法優化一下用戶體驗呢？其實可以讓所有人先進入進站大廳，然后增設一些進站閘口，這樣用戶體驗變好了，進站效率也提高了。當然，在現實生活中可能會受到很多硬性條件的限制，但是在虛擬世界中是完全可以實現的。其實這就叫作雙重檢查，在進站門安檢一次，進入大廳后在閘口檢票處再檢查一次，如下圖所示。
我們來改造一下代碼，創建LazyDoubleCheckSingleton類。
public class LazyDoubleCheckSingleton {
private volatile static LazyDoubleCheckSingleton instance;
private LazyDoubleCheckSingleton(){}
public static LazyDoubleCheckSingleton getInstance(){
synchronized (LazyDoubleCheckSingleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new LazyDoubleCheckSingleton();
}
}
return instance;
}
}
這樣寫就解決問題了嗎？目測發現，其實這跟LazySimpleSingletion的寫法並無差異，還是會大規模阻塞。那我們把判斷條件往上提一級呢？
public class LazyDoubleCheckSingleton {
private volatile static LazyDoubleCheckSingleton instance;
private LazyDoubleCheckSingleton(){}
public static LazyDoubleCheckSingleton getInstance(){
if (instance == null) {
synchronized (LazyDoubleCheckSingleton.class) {
instance = new LazyDoubleCheckSingleton();
}
}
return instance;
}
}
在運行代碼后，還是會存在線程安全問題。運行結果如下圖所示。
這是什么原因導致的呢？其實如果兩個線程在同一時間都滿足if(instance == null)條件，則兩個線程都會執行synchronized塊中的代碼，因此，還是會創建兩次。再優化一下代碼。
public class LazyDoubleCheckSingleton {
private volatile static LazyDoubleCheckSingleton instance;
private LazyDoubleCheckSingleton(){}
public static LazyDoubleCheckSingleton getInstance(){
//檢查是否要阻塞
if (instance == null) {
synchronized (LazyDoubleCheckSingleton.class) {
//檢查是否要重新創建實例
if (instance == null) {
instance = new LazyDoubleCheckSingleton();
//指令重排序的問題
}
}
}
return instance;
}
}
我們進行斷點調試，如下圖所示。
當第一個線程調用getInstance()方法時，第二個線程也可以調用。當第一個線程執行到synchronized時會上鎖，第二個線程就會變成MONITOR狀態，出現阻塞。此時，阻塞並不是基於整個LazyDoubleCheckSingleton類的阻塞，而是在getInstance()方法內部的阻塞，只要邏輯不太復雜，對於調用者而言感覺不到。
4 看似完美的靜態內部類單例寫法
雙重檢查鎖單例寫法雖然解決了線程安全問題和性能問題，但是只要用到synchronized關鍵字總是要上鎖，對程序性能還是存在一定影響的。難道就真的沒有更好的方案嗎？當然有。我們可以從類初始化的角度考慮，看下面的代碼，采用靜態內部類的方式。
//這種形式兼顧餓漢式單例寫法的內存浪費問題和synchronized的性能問題
//完美地屏蔽了這兩個缺點
public class LazyStaticInnerClassSingleton {
//使用LazyInnerClassGeneral的時候，默認會先初始化內部類
//如果沒使用，則內部類是不加載的
private LazyStaticInnerClassSingleton(){
}
//每一個關鍵字都不是多余的，static是為了使單例的空間共享，保證這個方法不會被重寫、重載
private static LazyStaticInnerClassSingleton getInstance(){
//在返回結果之前，一定會先加載內部類
return LazyHolder.INSTANCE;
}
//利用了Java本身的語法特點，默認不加載內部類
private static class LazyHolder{
private static final LazyStaticInnerClassSingleton INSTANCE = new LazyStaticInnerClassSingleton();
}
}
這種方式兼顧了餓漢式單例寫法的內存浪費問題和synchronized的性能問題。內部類一定要在方法調用之前被初始化，巧妙地避免了線程安全問題。由於這種方式比較簡單，就不再一步步調試。但是，“金無足赤，人無完人”，單例模式亦如此。這種寫法就真的完美了嗎？
5 還原反射破壞單例的事故現場
我們來看一個事故現場。大家有沒有發現，上面介紹的單例模式的構造方法除了加上private關鍵字，沒有做任何處理。如果使用反射來調用其構造方法，再調用getInstance()方法，應該有兩個不同的實例。現在來看客戶端測試代碼，以LazyStaticInnerClassSingleton為例。
public static void main(String[] args) {
try{
//如果有人惡意用反射破壞
Class<?> clazz = LazyStaticInnerClassSingleton.class;
//通過反射獲取私有的構造方法
Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor(null);
//強制訪問
c.setAccessible(true);
//暴力初始化
Object o1 = c.newInstance();
//調用了兩次構造方法，相當於“new”了兩次，犯了原則性錯誤
Object o2 = c.newInstance();
System.out.println(o1 == o2);
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
運行結果如下圖所示。
顯然，內存中創建了兩個不同的實例。那怎么辦呢？我們來做一次優化。我們在其構造方法中做一些限制，一旦出現多次重復創建，則直接拋出異常。優化后的代碼如下。
public class LazyStaticInnerClassSingleton {
//使用LazyInnerClassGeneral的時候，默認會先初始化內部類
//如果沒使用，則內部類是不加載的
private LazyStaticInnerClassSingleton(){
if(LazyHolder.INSTANCE != null){
throw new RuntimeException("不允許創建多個實例");
}
}
//每一個關鍵字都不是多余的，static是為了使單例的空間共享，保證這個方法不會被重寫、重載
private static LazyStaticInnerClassSingleton getInstance(){
//在返回結果之前，一定會先加載內部類
return LazyHolder.INSTANCE;
}
//利用了Java本身的語法特點，默認不加載內部類
private static class LazyHolder{
private static final LazyStaticInnerClassSingleton INSTANCE = new LazyStaticInnerClassSingleton();
}
}
再運行客戶端測試代碼，結果如下圖所示。
至此，自認為最優雅的單例模式寫法便大功告成了。但是，上面看似完美的單例寫法還是值得斟酌的。在構造方法中拋出異常，顯然不夠優雅。那么有沒有比靜態內部類更優雅的單例寫法呢？
6 更加優雅的枚舉式單例寫法問世
枚舉式單例寫法可以解決上面的問題。首先來看枚舉式單例的標准寫法，創建EnumSingleton類。
public enum EnumSingleton {
INSTANCE;
private Object data;
public Object getData() {
return data;
}
public void setData(Object data) {
this.data = data;
}
public static EnumSingleton getInstance(){
return INSTANCE;
}
}
然后看客戶端測試代碼。
public class EnumSingletonTest {
public static void main(String[] args) {
try {
EnumSingleton instance1 = null;
EnumSingleton instance2 = EnumSingleton.getInstance();
instance2.setData(new Object());
FileOutputStream fos = new FileOutputStream("EnumSingleton.obj");
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
oos.writeObject(instance2);
oos.flush();
oos.close();
FileInputStream fis = new FileInputStream("EnumSingleton.obj");
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
instance1 = (EnumSingleton) ois.readObject();
ois.close();
System.out.println(instance1.getData());
System.out.println(instance2.getData());
System.out.println(instance1.getData() == instance2.getData());
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
}
最后得到運行結果，如下圖所示。
我們沒有對代碼邏輯做任何處理，但運行結果和預期一樣。那么枚舉式單例寫法如此神奇，它的神秘之處體現在哪里呢？下面通過分析源碼來揭開它的神秘面紗。
首先下載一個非常好用的Java反編譯工具Jad，在解壓后配置好環境變量（這里不做詳細介紹），就可以使用命令行調用了。找到工程所在的Class目錄，復制EnumSingleton.class所在的路徑，如下圖所示。
然后切換到命令行，切換到工程所在的Class目錄，輸入命令jad並輸入復制好的路徑，在Class目錄下會多出一個EnumSingleton.jad文件。打開EnumSingleton.jad文件，我們驚奇地發現有如下代碼。
static
{
INSTANCE = new EnumSingleton("INSTANCE", 0);
$VALUES = (new EnumSingleton[] {
INSTANCE
});
}
原來，枚舉式單例寫法在靜態代碼塊中就對INSTANCE進行了賦值，是餓漢式單例寫法的實現。至此，我們還可以試想，序列化能否破壞枚舉式單例寫法呢？不妨再來看一下JDK源碼，還是回到ObjectInputStream的readObject0()方法。
private Object readObject0(boolean unshared) throws IOException {
...
case TC_ENUM:
return checkResolve(readEnum(unshared));
...
}
我們看到，在readObject0()中調用了readEnum()方法，readEnum()方法的代碼實現如下。
private Enum<?> readEnum(boolean unshared) throws IOException {
if (bin.readByte() != TC_ENUM) {
throw new InternalError();
}
ObjectStreamClass desc = readClassDesc(false);
if (!desc.isEnum()) {
throw new InvalidClassException("non-enum class: " + desc);
}
int enumHandle = handles.assign(unshared ? unsharedMarker : null);
ClassNotFoundException resolveEx = desc.getResolveException();
if (resolveEx != null) {
handles.markException(enumHandle, resolveEx);
}
String name = readString(false);
Enum<?> result = null;
Class<?> cl = desc.forClass();
if (cl != null) {
try {
@SuppressWarnings("unchecked")
Enum<?> en = Enum.valueOf((Class)cl, name);
result = en;
} catch (IllegalArgumentException ex) {
throw (IOException) new InvalidObjectException(
"enum constant " + name + " does not exist in " +
cl).initCause(ex);
}
if (!unshared) {
handles.setObject(enumHandle, result);
}
}
handles.finish(enumHandle);
passHandle = enumHandle;
return result;
}
由上可知，枚舉類型其實通過類名和類對象找到一個唯一的枚舉對象。因此，枚舉對象不可能被類加載器加載多次。那么反射是否能破壞枚舉式單例寫法的單例對象呢？來看客戶端測試代碼。
public static void main(String[] args) {
try {
Class clazz = EnumSingleton.class;
Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor();
c.newInstance();
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
運行結果如下圖所示。
結果中報出的是java.lang.NoSuchMethodException異常，意思是沒找到無參的構造方法。此時，打開java.lang.Enum的源碼，查看它的構造方法，只有一個protected類型的構造方法，代碼如下。
protected Enum(String name, int ordinal) {
this.name = name;
this.ordinal = ordinal;
}
再來做一個這樣的測試。
public static void main(String[] args) {
try {
Class clazz = EnumSingleton.class;
Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);
c.setAccessible(true);
EnumSingleton enumSingleton = (EnumSingleton)c.newInstance("Tom",666);
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
運行結果如下圖所示。
這時，錯誤已經非常明顯了，“Cannot reflectively create enum objects”，即不能用反射來創建枚舉類型。我們還是習慣性地想來看下JDK源碼，進入Constructor的newInstance()方法。
public T newInstance(Object ... initargs)
throws InstantiationException, IllegalAccessException,
IllegalArgumentException, InvocationTargetException
{
if (!override) {
if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz, modifiers)) {
Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();
checkAccess(caller, clazz, null, modifiers);
}
}
if ((clazz.getModifiers() & Modifier.ENUM) != 0)
throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");
ConstructorAccessor ca = constructorAccessor;
if (ca == null) {
ca = acquireConstructorAccessor();
}
@SuppressWarnings("unchecked")
T inst = (T) ca.newInstance(initargs);
return inst;
}
從上述代碼可以看到，在newInstance()方法中做了強制性的判斷，如果修飾符是Modifier.ENUM枚舉類型，則直接拋出異常。這豈不是和靜態內部類單例寫法的處理方式有異曲同工之妙？對，但是我們在構造方法中寫邏輯處理可能存在未知的風險，而JDK的處理是最官方、最權威、最穩定的。因此，枚舉式單例寫法也是Effective Java一書中推薦的一種單例模式寫法。
到此為止，我們是不是已經非常清晰明了呢？JDK枚舉的語法特殊性及反射也為枚舉保駕護航，讓枚舉式單例寫法成為一種更加優雅的實現。
7 還原反序列化破壞單例的事故現場
一個單例對象創建好后，有時候需要將對象序列化然后寫入磁盤，當下次使用時再從磁盤中讀取對象並進行反序列化，將其轉化為內存對象。反序列化后的對象會重新分配內存，即重新創建。如果序列化的目標對象為單例對象，則違背了單例模式的初衷，相當於破壞了單例，來看一段代碼。
//反序列化破壞了單例模式
public class SeriableSingleton implements Serializable {
//序列化就是把內存中的狀態通過轉換成字節碼的形式
//從而轉換為一個I/O流，寫入其他地方（可以是磁盤、網絡I/O）
//內存中的狀態會被永久保存下來
//反序列化就是將已經持久化的字節碼內容轉換為I/O流
//通過I/O流的讀取，進而將讀取的內容轉換為Java對象
//在轉換過程中會重新創建對象
public final static SeriableSingleton INSTANCE = new SeriableSingleton();
private SeriableSingleton(){}
public static SeriableSingleton getInstance(){
return INSTANCE;
}
}
編寫客戶端測試代碼。
public static void main(String[] args) {
SeriableSingleton s1 = null;
SeriableSingleton s2 = SeriableSingleton.getInstance();
FileOutputStream fos = null;
try {
fos = new FileOutputStream("SeriableSingleton.obj");
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
oos.writeObject(s2);
oos.flush();
oos.close();
FileInputStream fis = new FileInputStream("SeriableSingleton.obj");
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
s1 = (SeriableSingleton)ois.readObject();
ois.close();
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
System.out.println(s1 == s2);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
運行結果如下圖所示。
從運行結果可以看出，反序列化后的對象和手動創建的對象是不一致的，被實例化了兩次，違背了單例模式的設計初衷。那么，如何保證在序列化的情況下也能夠實現單例模式呢？其實很簡單，只需要增加readResolve()方法即可。優化后的代碼如下。
public class SeriableSingleton implements Serializable {
public final static SeriableSingleton INSTANCE = new SeriableSingleton();
private SeriableSingleton(){}
public static SeriableSingleton getInstance(){
return INSTANCE;
}
private Object readResolve(){
return INSTANCE;
}
}
再看運行結果，如下圖所示。
大家一定會想：這是什么原因呢？為什么要這樣寫？看上去很神奇的樣子，也讓人有些費解。不如一起來看JDK的源碼實現以了解清楚。進入ObjectInputStream類的readObject()方法，代碼如下。
public final Object readObject()
throws IOException, ClassNotFoundException
{
if (enableOverride) {
return readObjectOverride();
}
int outerHandle = passHandle;
try {
Object obj = readObject0(false);
handles.markDependency(outerHandle, passHandle);
ClassNotFoundException ex = handles.lookupException(passHandle);
if (ex != null) {
throw ex;
}
if (depth == 0) {
vlist.doCallbacks();
}
return obj;
} finally {
passHandle = outerHandle;
if (closed && depth == 0) {
clear();
}
}
}
可以看到，在readObject()方法中又調用了重寫的readObject0()方法。進入readObject0()方法，源碼如下。
private Object readObject0(boolean unshared) throws IOException {
...
case TC_OBJECT:
return checkResolve(readOrdinaryObject(unshared));
...
}
我們看到TC_OBJECT中調用了ObjectInputStream的readOrdinaryObject()方法，源碼如下。
private Object readOrdinaryObject(boolean unshared)
throws IOException
{
if (bin.readByte() != TC_OBJECT) {
throw new InternalError();
}
ObjectStreamClass desc = readClassDesc(false);
desc.checkDeserialize();
Class<?> cl = desc.forClass();
if (cl == String.class || cl == Class.class
|| cl == ObjectStreamClass.class) {
throw new InvalidClassException("invalid class descriptor");
}
Object obj;
try {
obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null;
} catch (Exception ex) {
throw (IOException) new InvalidClassException(
desc.forClass().getName(),
"unable to create instance").initCause(ex);
}
...
return obj;
}
我們發現調用了ObjectStreamClass的isInstantiable()方法，而isInstantiable()方法的源碼如下。
boolean isInstantiable() {
requireInitialized();
return (cons != null);
}
上述代碼非常簡單，就是判斷一下構造方法是否為空。如果構造方法不為空，則返回true。這意味着只要有無參構造方法就會實例化。
這時候其實還沒有找到加上readResolve()方法就可以避免單例模式被破壞的真正原因。再回到ObjectInputStream的readOrdinaryObject()方法，繼續往下看源碼。
private Object readOrdinaryObject(boolean unshared)
throws IOException
{
if (bin.readByte() != TC_OBJECT) {
throw new InternalError();
}
ObjectStreamClass desc = readClassDesc(false);
desc.checkDeserialize();
Class<?> cl = desc.forClass();
if (cl == String.class || cl == Class.class
|| cl == ObjectStreamClass.class) {
throw new InvalidClassException("invalid class descriptor");
}
Object obj;
try {
obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null;
} catch (Exception ex) {
throw (IOException) new InvalidClassException(
desc.forClass().getName(),
"unable to create instance").initCause(ex);
}
...
if (obj != null &&
handles.lookupException(passHandle) == null &&
desc.hasReadResolveMethod())
{
Object rep = desc.invokeReadResolve(obj);
if (unshared && rep.getClass().isArray()) {
rep = cloneArray(rep);
}
if (rep != obj) {
if (rep != null) {
if (rep.getClass().isArray()) {
filterCheck(rep.getClass(), Array.getLength(rep));
} else {
filterCheck(rep.getClass(), -1);
}
}
handles.setObject(passHandle, obj = rep);
}
}
return obj;
}
在判斷無參構造方法是否存在之后，又調用了hasReadResolveMethod()方法，源碼如下。
boolean hasReadResolveMethod() {
requireInitialized();
return (readResolveMethod != null);
}
上述代碼的邏輯非常簡單，就是判斷readResolveMethod是否為空，如果不為空，則返回true。那么readResolveMethod是在哪里被賦值的呢？通過全局查找知道，在私有方法ObjectStreamClass()中對readResolveMethod進行了賦值，源碼如下。
readResolveMethod = getInheritableMethod(
cl, "readResolve", null, Object.class);
上面的邏輯其實就是通過反射找到一個無參的readResolve()方法，並且保存下來。再回到ObjectInputStream的readOrdinaryObject()方法，繼續往下看，如果readResolve()方法存在，則調用invokeReadResolve()方法，代碼如下。
Object invokeReadResolve(Object obj)
throws IOException, UnsupportedOperationException
{
requireInitialized();
if (readResolveMethod != null) {
try {
return readResolveMethod.invoke(obj, (Object[]) null);
} catch (InvocationTargetException ex) {
Throwable th = ex.getTargetException();
if (th instanceof ObjectStreamException) {
throw (ObjectStreamException) th;
} else {
throwMiscException(th);
throw new InternalError(th);
}
} catch (IllegalAccessException ex) {
throw new InternalError(ex);
}
} else {
throw new UnsupportedOperationException();
}
}
可以看到，在invokeReadResolve()方法中用反射調用了readResolveMethod方法。
通過JDK源碼分析可以看出，雖然增加readResolve()方法返回實例解決了單例模式被破壞的問題，但是實際上單例對象被實例化了兩次，只不過新創建的對象沒有被返回而已。如果創建對象的動作發生頻率加快，則意味着內存分配開銷也會隨之增大，難道真的就沒辦法從根本上解決問題嗎？其實，枚舉式單例寫法也是能夠避免這個問題發生的，因為它在類加載的時候就已經創建好了所有的對象。
8 還原克隆破壞單例的事故現場
假設有這樣一個場景，如果克隆的目標對象恰好是單例對象，那會不會使單例對象被破壞呢？當然，我們在已知的情況下肯定不會這么干，但如果發生了意外怎么辦？不妨來修改一下代碼。
@Data
public class ConcretePrototype implements Cloneable {
private static ConcretePrototype instance = new ConcretePrototype();
private ConcretePrototype(){}
public static ConcretePrototype getInstance(){
return instance;
}
@Override
public ConcretePrototype clone() {
try {
return (ConcretePrototype)super.clone();
} catch (CloneNotSupportedException e) {
e.printStackTrace();
return null;
}
}
}
我們把構造方法私有化，並且提供getInstance()方法。編寫客戶端測試代碼如下。
public static void main(String[] args) {
//創建原型對象
ConcretePrototype prototype = ConcretePrototype.getInstance();
//復制原型對象
ConcretePrototype cloneType = prototype.clone();
System.out.println("原型對象和克隆對象比較：" + (prototype == cloneType));
}
運行結果如下圖所示。
從運行結果來看，確實創建了兩個不同的對象。實際上防止克隆破壞單例對象的解決思路非常簡單，禁止克隆便可。要么我們的單例類不實現Cloneable接口，要么我們重寫clone()方法，在clone()方法中返回單例對象即可，具體代碼如下。
@Override
public ConcretePrototype clone() {
return instance;
}
9 容器式單例寫法解決大規模生產單例的問題
雖然枚舉式單例寫法更加優雅，但是也會存在一些問題。因為它在類加載時將所有的對象初始化都放在類內存中，這其實和餓漢式單例寫法並無差異，不適合大量創建單例對象的場景。接下來看注冊式單例模式的另一種寫法，即容器式單例寫法，創建ContainerSingleton類。
public class ContainerSingleton {
private ContainerSingleton(){}
private static Map<String,Object> ioc = new ConcurrentHashMap<String,Object>();
public static Object getBean(String className){
synchronized (ioc) {
if (!ioc.containsKey(className)) {
Object obj = null;
try {
obj = Class.forName(className).newInstance();
ioc.put(className, obj);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return obj;
} else {
return ioc.get(className);
}
}
}
}
容器式單例寫法適用於需要大量創建單例對象的場景，便於管理，但它是非線程安全的。到此，注冊式單例寫法介紹完畢。再來看Spring中的容器式單例寫法的源碼。
public abstract class AbstractAutowireCapableBeanFactory extends AbstractBeanFactory
implements AutowireCapableBeanFactory {
/** Cache of unfinished FactoryBean instances: FactoryBean name --> BeanWrapper */
private final Map<String, BeanWrapper> factoryBeanInstanceCache = new ConcurrentHashMap<>(16);
...
}
從上面代碼來看，存儲單例對象的容器其實就是一個Map。
9 附彩蛋：ThreadLocal線程單例
最后贈送大家一個彩蛋，線程單例實現ThreadLocal。ThreadLocal不能保證其創建的對象是全局唯一的，但能保證在單個線程中是唯一的，是線程安全的。下面來看代碼。
public class ThreadLocalSingleton {
private static final ThreadLocal<ThreadLocalSingleton> threadLocalInstance =
new ThreadLocal<ThreadLocalSingleton>(){
@Override
protected ThreadLocalSingleton initialValue() {
return new ThreadLocalSingleton();
}
};
private ThreadLocalSingleton(){}
public static ThreadLocalSingleton getInstance(){
return threadLocalInstance.get();
}
}
客戶端測試代碼如下。
public static void main(String[] args) {
System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
System.out.println(ThreadLocalSingleton.getInstance());
Thread t1 = new Thread(new ExectorThread());
Thread t2 = new Thread(new ExectorThread());
t1.start();
t2.start();
System.out.println("End");
}
運行結果如下圖所示。
由上可知，在主線程中無論調用多少次，獲取的實例都是同一個，都在兩個子線程中分別獲取了不同的實例。那么，ThreadLocal是如何實現這樣的效果的呢？我們知道，單例模式為了達到線程安全的目的，會給方法上鎖，以時間換空間。ThreadLocal將所有對象全部放在ThreadLocalMap中，為每個線程都提供一個對象，實際上是以空間換時間來實現線程隔離的。
關注微信公眾號『 Tom彈架構 』回復“設計模式”可獲取完整源碼。
本文為“Tom彈架構”原創，轉載請注明出處。技術在於分享，我分享我快樂！
如果本文對您有幫助，歡迎關注和點贊；如果您有任何建議也可留言評論或私信，您的支持是我堅持創作的動力。關注微信公眾號『 Tom彈架構 』可獲取更多技術干貨！