1 通用单例写法带来的弊端
我们看到的单例模式通用写法，一般就是饿汉式单例的标准写法。饿汉式单例写法在类加载的时候立即初始化，并且创建单例对象。它绝对线程安全，在线程还没出现之前就实例化了，不可能存在访问安全问题。饿汉式单例还有另外一种写法，代码如下。
//饿汉式静态代码块单例模式public class HungryStaticSingleton { private static final HungryStaticSingleton instance; static { instance = new HungryStaticSingleton(); }
private HungryStaticSingleton(){}
public static HungryStaticSingleton getInstance(){ return instance; }}
复制代码
这种写法使用静态代码块的机制，非常简单也容易理解。饿汉式单例模式适用于单例对象较少的情况。这样写可以保证绝对线程安全，执行效率比较高。但是它的缺点也很明显，就是所有对象类在加载的时候就实例化。这样一来，如果系统中有大批量的单例对象存在，而且单例对象的数量也不确定，则系统初始化时会造成大量的内存浪费，从而导致系统内存不可控。也就是说，不管对象用或不用，都占着空间，浪费了内存，有可能占着内存又不使用。那有没有更优的写法呢？我们继续分析。
2 还原线程破坏单例的事故现场
为了解决饿汉式单例写法可能带来的内存浪费问题，于是出现了懒汉式单例的写法。懒汉式单例写法的特点是单例对象在被使用时才会初始化。懒汉式单例写法的简单实现 LazySimpleSingleton 如下。
//懒汉式单例模式在外部需要使用的时候才进行实例化public class LazySimpleSingletion { //静态块，公共内存区域 private static LazySimpleSingletion instance;
private LazySimpleSingletion(){}
public static LazySimpleSingletion getInstance(){ if(instance == null){ instance = new LazySimpleSingletion(); } return instance; }}
复制代码
但这样写又带来了一个新的问题，如果在多线程环境下，则会出现线程安全问题。先来模拟一下，编写线程类 ExectorThread。
public class ExectorThread implements Runnable{ @Override public void run() { LazySimpleSingleton singleton = LazySimpleSingleton.getInstance(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":" + singleton); }}
复制代码
编写客户端测试代码如下。
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"); }}
复制代码
我们反复多次运行程序上的代码，发现会有一定概率出现两种不同结果，有可能两个线程获取的对象是一致的，也有可能两个线程获取的对象是不一致的。下图是两个线程获取的对象不一致的运行结果。
下图是两个线程获取的对象一致的结果。
显然，这意味着上面的单例存在线程安全隐患。那么这个结果是怎么产生的呢？我们来分析一下，如下图所示，如果两个线程在同一时间同时进入 getInstance()方法，则会同时满足 if(null == instance)条件，创建两个对象。如果两个线程都继续往下执行后面的代码，则有可能后执行的线程的结果覆盖先执行的线程的结果。如果打印动作发生在覆盖之前，则最终得到的结果就是一致的；如果打印动作发生在覆盖之后，则得到两个不一样的结果。
当然，也有可能没有发生并发，完全正常运行。下面通过调试方式来更深刻地理解一下。这里教大家一种新技能，用线程模式调试，手动控制线程的执行顺序来跟踪内存的变化。先把 ExectorThread 类打上断点，如下图所示。
单击右键点击断点，切换为 Thread 模式，如下图所示。
然后把 LazySimpleSingleton 类也打上断点，同样标记为 Thread 模式，如下图所示。
切换回客户端测试代码，同样也打上断点，同时改为 Thread 模式，如下图所示。
在开始 Debug 之后，我们会看到 Debug 控制台可以自由切换 Thread 的运行状态，如下图所示。
通过不断切换线程，并观测其内存状态，我们发现在线程环境下 LazySimpleSingleton 被实例化了两次。有时候得到的运行结果可能是两个相同的对象，实际上是被后面执行的线程覆盖了，我们看到了一个假象，线程安全隐患依旧存在。那么，如何优化代码，使得懒汉式单例模式在线程环境下安全呢？来看下面的代码，给 getInstance()方法加上 synchronized 关键字，使这个方法变成线程同步方法。
public class LazySimpleSingletion { //静态块，公共内存区域 private static LazySimpleSingletion instance;
private LazySimpleSingletion(){}
public synchronized static LazySimpleSingletion getInstance(){ if(instance == null){ instance = new LazySimpleSingletion(); } return instance; }}
复制代码
我们再来调试。当执行其中一个线程并调用 getInstance()方法时，另一个线程在调用 getInstance()方法，线程的状态由 RUNNING 变成了 MONITOR，出现阻塞。直到第一个线程执行完，第二个线程才恢复到 RUNNING 状态继续调用 getInstance()方法，如下图所示。
这样，通过使用 synchronized 就解决了线程安全问题。
3 双重检查锁单例写法闪亮登场
在上一节中，我们通过调试的方式完美地展现了 synchronized 监视锁的运行状态。但是，如果在线程数量剧增的情况下，用 synchronized 加锁，则会导致大批线程阻塞，从而导致程序性能大幅下降。就好比是地铁进站限流，在寒风刺骨的冬天，所有人都在站前广场转圈圈，用户体验很不好，如下图所示。
那有没有办法优化一下用户体验呢？其实可以让所有人先进入进站大厅，然后增设一些进站闸口，这样用户体验变好了，进站效率也提高了。当然，在现实生活中可能会受到很多硬性条件的限制，但是在虚拟世界中是完全可以实现的。其实这就叫作双重检查，在进站门安检一次，进入大厅后在闸口检票处再检查一次，如下图所示。
我们来改造一下代码，创建 LazyDoubleCheckSingleton 类。
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; }}
复制代码
这样写就解决问题了吗？目测发现，其实这跟 LazySimpleSingletion 的写法并无差异，还是会大规模阻塞。那我们把判断条件往上提一级呢？
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; }}
复制代码
在运行代码后，还是会存在线程安全问题。运行结果如下图所示。
这是什么原因导致的呢？其实如果两个线程在同一时间都满足 if(instance == null)条件，则两个线程都会执行 synchronized 块中的代码，因此，还是会创建两次。再优化一下代码。
public class LazyDoubleCheckSingleton { private volatile static LazyDoubleCheckSingleton instance; private LazyDoubleCheckSingleton(){}
public static LazyDoubleCheckSingleton getInstance(){ //检查是否要阻塞 if (instance == null) { synchronized (LazyDoubleCheckSingleton.class) { //检查是否要重新创建实例 if (instance == null) { instance = new LazyDoubleCheckSingleton(); //指令重排序的问题 } } } return instance; }}
复制代码
我们进行断点调试，如下图所示。
当第一个线程调用 getInstance()方法时，第二个线程也可以调用。当第一个线程执行到 synchronized 时会上锁，第二个线程就会变成 MONITOR 状态，出现阻塞。此时，阻塞并不是基于整个 LazyDoubleCheckSingleton 类的阻塞，而是在 getInstance()方法内部的阻塞，只要逻辑不太复杂，对于调用者而言感觉不到。
4 看似完美的静态内部类单例写法
双重检查锁单例写法虽然解决了线程安全问题和性能问题，但是只要用到 synchronized 关键字总是要上锁，对程序性能还是存在一定影响的。难道就真的没有更好的方案吗？当然有。我们可以从类初始化的角度考虑，看下面的代码，采用静态内部类的方式。
//这种形式兼顾饿汉式单例写法的内存浪费问题和synchronized的性能问题//完美地屏蔽了这两个缺点public class LazyStaticInnerClassSingleton { //使用LazyInnerClassGeneral的时候，默认会先初始化内部类 //如果没使用，则内部类是不加载的 private LazyStaticInnerClassSingleton(){
} //每一个关键字都不是多余的，static是为了使单例的空间共享，保证这个方法不会被重写、重载 private static LazyStaticInnerClassSingleton getInstance(){ //在返回结果之前，一定会先加载内部类 return LazyHolder.INSTANCE; }
//利用了Java本身的语法特点，默认不加载内部类 private static class LazyHolder{ private static final LazyStaticInnerClassSingleton INSTANCE = new LazyStaticInnerClassSingleton(); }
}
复制代码
这种方式兼顾了饿汉式单例写法的内存浪费问题和 synchronized 的性能问题。内部类一定要在方法调用之前被初始化，巧妙地避免了线程安全问题。由于这种方式比较简单，就不再一步步调试。但是，“金无足赤，人无完人”，单例模式亦如此。这种写法就真的完美了吗？
5 还原反射破坏单例的事故现场
我们来看一个事故现场。大家有没有发现，上面介绍的单例模式的构造方法除了加上 private 关键字，没有做任何处理。如果使用反射来调用其构造方法，再调用 getInstance()方法，应该有两个不同的实例。现在来看客户端测试代码，以 LazyStaticInnerClassSingleton 为例。
public static void main(String[] args) { try{ //如果有人恶意用反射破坏 Class<?> clazz = LazyStaticInnerClassSingleton.class;
//通过反射获取私有的构造方法 Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor(null); //强制访问 c.setAccessible(true);
//暴力初始化 Object o1 = c.newInstance(); //调用了两次构造方法，相当于“new”了两次，犯了原则性错误 Object o2 = c.newInstance();
System.out.println(o1 == o2); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); } }
复制代码
运行结果如下图所示。
显然，内存中创建了两个不同的实例。那怎么办呢？我们来做一次优化。我们在其构造方法中做一些限制，一旦出现多次重复创建，则直接抛出异常。优化后的代码如下。
public class LazyStaticInnerClassSingleton { //使用LazyInnerClassGeneral的时候，默认会先初始化内部类 //如果没使用，则内部类是不加载的 private LazyStaticInnerClassSingleton(){ if(LazyHolder.INSTANCE != null){ throw new RuntimeException("不允许创建多个实例"); } } //每一个关键字都不是多余的，static是为了使单例的空间共享，保证这个方法不会被重写、重载 private static LazyStaticInnerClassSingleton getInstance(){ //在返回结果之前，一定会先加载内部类 return LazyHolder.INSTANCE; }
//利用了Java本身的语法特点，默认不加载内部类 private static class LazyHolder{ private static final LazyStaticInnerClassSingleton INSTANCE = new LazyStaticInnerClassSingleton(); }
}
复制代码
再运行客户端测试代码，结果如下图所示。
至此，自认为最优雅的单例模式写法便大功告成了。但是，上面看似完美的单例写法还是值得斟酌的。在构造方法中抛出异常，显然不够优雅。那么有没有比静态内部类更优雅的单例写法呢？
6 更加优雅的枚举式单例写法问世
枚举式单例写法可以解决上面的问题。首先来看枚举式单例的标准写法，创建 EnumSingleton 类。
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; }}
复制代码
然后看客户端测试代码。
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(); } }}
复制代码
最后得到运行结果，如下图所示。
我们没有对代码逻辑做任何处理，但运行结果和预期一样。那么枚举式单例写法如此神奇，它的神秘之处体现在哪里呢？下面通过分析源码来揭开它的神秘面纱。首先下载一个非常好用的 Java 反编译工具 Jad，在解压后配置好环境变量（这里不做详细介绍），就可以使用命令行调用了。找到工程所在的 Class 目录，复制 EnumSingleton.class 所在的路径，如下图所示。
然后切换到命令行，切换到工程所在的 Class 目录，输入命令 jad 并输入复制好的路径，在 Class 目录下会多出一个 EnumSingleton.jad 文件。打开 EnumSingleton.jad 文件，我们惊奇地发现有如下代码。
static { INSTANCE = new EnumSingleton("INSTANCE", 0); $VALUES = (new EnumSingleton[] { INSTANCE });}
复制代码
原来，枚举式单例写法在静态代码块中就对 INSTANCE 进行了赋值，是饿汉式单例写法的实现。至此，我们还可以试想，序列化能否破坏枚举式单例写法呢？不妨再来看一下 JDK 源码，还是回到 ObjectInputStream 的 readObject0()方法。
private Object readObject0(boolean unshared) throws IOException { ...
case TC_ENUM: return checkResolve(readEnum(unshared));
...}
复制代码
我们看到，在 readObject0()中调用了 readEnum()方法，readEnum()方法的代码实现如下。
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;}
复制代码
由上可知，枚举类型其实通过类名和类对象找到一个唯一的枚举对象。因此，枚举对象不可能被类加载器加载多次。那么反射是否能破坏枚举式单例写法的单例对象呢？来看客户端测试代码。
public static void main(String[] args) { try { Class clazz = EnumSingleton.class; Constructor c = clazz.getDeclaredConstructor(); c.newInstance(); }catch (Exception e){ e.printStackTrace(); }}
复制代码
运行结果如下图所示。
结果中报出的是 java.lang.NoSuchMethodException 异常，意思是没找到无参的构造方法。此时，打开 java.lang.Enum 的源码，查看它的构造方法，只有一个 protected 类型的构造方法，代码如下。
protected Enum(String name, int ordinal) { this.name = name; this.ordinal = ordinal;}
复制代码
再来做一个这样的测试。
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(); }}
复制代码
运行结果如下图所示。
这时，错误已经非常明显了，“Cannot reflectively create enum objects”，即不能用反射来创建枚举类型。我们还是习惯性地想来看下 JDK 源码，进入 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;}
复制代码
从上述代码可以看到，在 newInstance()方法中做了强制性的判断，如果修饰符是 Modifier.ENUM 枚举类型，则直接抛出异常。这岂不是和静态内部类单例写法的处理方式有异曲同工之妙？对，但是我们在构造方法中写逻辑处理可能存在未知的风险，而 JDK 的处理是最官方、最权威、最稳定的。因此，枚举式单例写法也是 Effective Java 一书中推荐的一种单例模式写法。到此为止，我们是不是已经非常清晰明了呢？JDK 枚举的语法特殊性及反射也为枚举保驾护航，让枚举式单例写法成为一种更加优雅的实现。
7 还原反序列化破坏单例的事故现场
一个单例对象创建好后，有时候需要将对象序列化然后写入磁盘，当下次使用时再从磁盘中读取对象并进行反序列化，将其转化为内存对象。反序列化后的对象会重新分配内存，即重新创建。如果序列化的目标对象为单例对象，则违背了单例模式的初衷，相当于破坏了单例，来看一段代码。
//反序列化破坏了单例模式public class SeriableSingleton implements Serializable { //序列化就是把内存中的状态通过转换成字节码的形式 //从而转换为一个I/O流，写入其他地方（可以是磁盘、网络I/O） //内存中的状态会被永久保存下来
//反序列化就是将已经持久化的字节码内容转换为I/O流 //通过I/O流的读取，进而将读取的内容转换为Java对象 //在转换过程中会重新创建对象 public final static SeriableSingleton INSTANCE = new SeriableSingleton(); private SeriableSingleton(){}
public static SeriableSingleton getInstance(){ return INSTANCE; }}
复制代码
编写客户端测试代码。
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(); } }
复制代码
运行结果如下图所示。
从运行结果可以看出，反序列化后的对象和手动创建的对象是不一致的，被实例化了两次，违背了单例模式的设计初衷。那么，如何保证在序列化的情况下也能够实现单例模式呢？其实很简单，只需要增加 readResolve()方法即可。优化后的代码如下。
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; }}
复制代码
再看运行结果，如下图所示。
大家一定会想：这是什么原因呢？为什么要这样写？看上去很神奇的样子，也让人有些费解。不如一起来看 JDK 的源码实现以了解清楚。进入 ObjectInputStream 类的 readObject()方法，代码如下。
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(); } }}
复制代码
可以看到，在 readObject()方法中又调用了重写的 readObject0()方法。进入 readObject0()方法，源码如下。
private Object readObject0(boolean unshared) throws IOException { ...
case TC_OBJECT: return checkResolve(readOrdinaryObject(unshared));
...}
复制代码
我们看到 TC_OBJECT 中调用了 ObjectInputStream 的 readOrdinaryObject()方法，源码如下。
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;}
复制代码
我们发现调用了 ObjectStreamClass 的 isInstantiable()方法，而 isInstantiable()方法的源码如下。
boolean isInstantiable() { requireInitialized(); return (cons != null);}
复制代码
上述代码非常简单，就是判断一下构造方法是否为空。如果构造方法不为空，则返回 true。这意味着只要有无参构造方法就会实例化。这时候其实还没有找到加上 readResolve()方法就可以避免单例模式被破坏的真正原因。再回到 ObjectInputStream 的 readOrdinaryObject()方法，继续往下看源码。
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;}
复制代码
在判断无参构造方法是否存在之后，又调用了 hasReadResolveMethod()方法，源码如下。
boolean hasReadResolveMethod() { requireInitialized(); return (readResolveMethod != null);}
复制代码
上述代码的逻辑非常简单，就是判断 readResolveMethod 是否为空，如果不为空，则返回 true。那么 readResolveMethod 是在哪里被赋值的呢？通过全局查找知道，在私有方法 ObjectStreamClass()中对 readResolveMethod 进行了赋值，源码如下。
readResolveMethod = getInheritableMethod( cl, "readResolve", null, Object.class);
复制代码
上面的逻辑其实就是通过反射找到一个无参的 readResolve()方法，并且保存下来。再回到 ObjectInputStream 的 readOrdinaryObject()方法，继续往下看，如果 readResolve()方法存在，则调用 invokeReadResolve()方法，代码如下。
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(); }}
复制代码
可以看到，在 invokeReadResolve()方法中用反射调用了 readResolveMethod 方法。通过 JDK 源码分析可以看出，虽然增加 readResolve()方法返回实例解决了单例模式被破坏的问题，但是实际上单例对象被实例化了两次，只不过新创建的对象没有被返回而已。如果创建对象的动作发生频率加快，则意味着内存分配开销也会随之增大，难道真的就没办法从根本上解决问题吗？其实，枚举式单例写法也是能够避免这个问题发生的，因为它在类加载的时候就已经创建好了所有的对象。
8 还原克隆破坏单例的事故现场
假设有这样一个场景，如果克隆的目标对象恰好是单例对象，那会不会使单例对象被破坏呢？当然，我们在已知的情况下肯定不会这么干，但如果发生了意外怎么办？不妨来修改一下代码。
@Datapublic 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; } } }
复制代码
我们把构造方法私有化，并且提供 getInstance()方法。编写客户端测试代码如下。
public static void main(String[] args) { //创建原型对象 ConcretePrototype prototype = ConcretePrototype.getInstance();
//复制原型对象 ConcretePrototype cloneType = prototype.clone();
System.out.println("原型对象和克隆对象比较：" + (prototype == cloneType));
}
复制代码
运行结果如下图所示。
从运行结果来看，确实创建了两个不同的对象。实际上防止克隆破坏单例对象的解决思路非常简单，禁止克隆便可。要么我们的单例类不实现 Cloneable 接口，要么我们重写 clone()方法，在 clone()方法中返回单例对象即可，具体代码如下。
@Override public ConcretePrototype clone() { return instance;}
复制代码
9 容器式单例写法解决大规模生产单例的问题
虽然枚举式单例写法更加优雅，但是也会存在一些问题。因为它在类加载时将所有的对象初始化都放在类内存中，这其实和饿汉式单例写法并无差异，不适合大量创建单例对象的场景。接下来看注册式单例模式的另一种写法，即容器式单例写法，创建 ContainerSingleton 类。
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); } } }}
复制代码
容器式单例写法适用于需要大量创建单例对象的场景，便于管理，但它是非线程安全的。到此，注册式单例写法介绍完毕。再来看 Spring 中的容器式单例写法的源码。
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);...}
复制代码
从上面代码来看，存储单例对象的容器其实就是一个 Map。
9 附彩蛋：ThreadLocal 线程单例
最后赠送大家一个彩蛋，线程单例实现 ThreadLocal。ThreadLocal 不能保证其创建的对象是全局唯一的，但能保证在单个线程中是唯一的，是线程安全的。下面来看代码。
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(); }}
复制代码
客户端测试代码如下。
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");}
复制代码
运行结果如下图所示。
由上可知，在主线程中无论调用多少次，获取的实例都是同一个，都在两个子线程中分别获取了不同的实例。那么，ThreadLocal 是如何实现这样的效果的呢？我们知道，单例模式为了达到线程安全的目的，会给方法上锁，以时间换空间。ThreadLocal 将所有对象全部放在 ThreadLocalMap 中，为每个线程都提供一个对象，实际上是以空间换时间来实现线程隔离的。
本文为“Tom 弹架构”原创，转载请注明出处。技术在于分享，我分享我快乐！如果本文对您有帮助，欢迎关注和点赞；如果您有任何建议也可留言评论或私信，您的支持是我坚持创作的动力。关注微信公众号『 Tom 弹架构 』可获取更多技术干货！
评论