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使用枚举来写出更优雅的单例设计模式

一、最常见的单例

    我们先展示一段最常见的懒汉式的单例:

    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:

        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:

    2、影响

        对应到上文的单例模式,会产生如下图的问题:

            ① 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 。

            ② 此时如果线程 B 抢占到CPU资源,执行  if(instance == null)的结果会是 false,

            ③ 从而返回一个没有初始化完成的instance对象

            singleton01.png

    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:

            singleton02.png

        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:

        这是一种很巧妙的方式,原由是:

            1)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。

            2)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。

            3)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。

            我们直接看结果:

                singleton03.png

            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:

        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。

    4、缺点

        使用枚举的方法是起到了单例的作用,但是也有一个弊端,

        那就是  无法进行懒加载

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