关于设计模式:设计模式12-枚举式单例有那么好用么

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[TOC]

1. 单例是什么？

单例模式：是一种创立型设计模式，目标是保障全局一个类只有一个实例对象，分为懒汉式和饿汉式。所谓懒汉式，相似于懒加载，须要的时候才会触发初始化实例对象。而饿汉式正好相同，我的项目启动，类加载的时候，就会创立初始化单例对象。

后面说过单例模式以及如何毁坏单例模式，咱们个别状况尽可能阻止单例模式被毁坏，于是各种序列化，反射，以及克隆的伎俩，咱们都须要思考进来，最终的代码如下：


import java.io.Serializable;

public class Singleton implements Serializable {
    private static int num = 0;

      // valitile 禁止指令重排
    private volatile static Singleton singleton;

      // 禁止屡次反射调用结构器
    private Singleton() {synchronized (Singleton.class) {if (num == 0) {num++;} else {throw new RuntimeException("Don't use this method");
            }
        }
    }

    public static Singleton getSingleton() {if (singleton == null) {synchronized (Singleton.class) {if (singleton == null) {singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
      // 禁止序列化的时候，从新生成对象
    private Object readResolve() {return singleton;}
}

后面提过毁坏序列化的四种形式：

  • 没有将结构器私有化，能够间接调用。
  • 反射调用结构器
  • 实现了 cloneable 接口
  • 序列化与反序列化

2. 枚举的单例能够被毁坏么？

然而忽然想到一个问题，个别都说枚举的形式实现单例比拟好，较为举荐。真的是这样么？这样真的是平安的么？

那咱们就试试，看看各种伎俩，能不能毁坏它的单例。首先咱们来写一个单例枚举类：

public enum SingletonEnum {
    INSTANCE;
    public SingletonEnum getInstance(){return INSTANCE;}
}

在命令行执行以下的命令看下面的枚举类编译之后到底是什么货色？

javac SingletonEnum.java
javap SingletonEnum

public final class singleton.SingletonEnum extends java.lang.Enum<singleton.SingletonEnum> {
  public static final singleton.SingletonEnum INSTANCE;
  public static singleton.SingletonEnum[] values();
  public static singleton.SingletonEnum valueOf(java.lang.String);
  public singleton.SingletonEnum getInstance();
  static {};}

能够看出，实际上，编译后的代码是继承于 Enum 类的，并且是泛型。用 final 润饰，其实也是类，那就是不能够被继承起因。而且 INSTANCE 也是 final 润饰的，也是不可变的。然而这样看，下面的都是 public 办法。那构造方法呢？没有被重写成为 private 么？

要是没有重写的话，那就很容易毁坏单例啊！咱们应用 javap -p SingletonEnum 看看后果：

<img src=”https://markdownpicture.oss-cn-qingdao.aliyuncs.com/blog/20201213225659.png” style=”zoom:50%;” />

能够看出的确构造函数曾经被私有化，那么内部就不能间接调用到构造方法了。那其余办法呢？咱们试试喷射调用结构器：

import java.io.*;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;

public class SingletonTests {public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException, NoSuchMethodException {
        SingletonEnum singleton1 = SingletonEnum.INSTANCE;
        SingletonEnum singleton2 = SingletonEnum.INSTANCE;
        System.out.println(singleton1.hashCode());
        System.out.println(singleton2.hashCode());

        Constructor<SingletonEnum> constructor = null;
        constructor = SingletonEnum.class.getDeclaredConstructor();
        constructor.setAccessible(true);

        SingletonEnum singleton3 = constructor.newInstance();
        System.out.println(singleton1 == singleton3);
    }
}

执行后果如下：

692404036
692404036
Exception in thread "main" java.lang.NoSuchMethodException: singleton.SingletonEnum.<init>()
    at java.lang.Class.getConstructor0(Class.java:3082)
    at java.lang.Class.getDeclaredConstructor(Class.java:2178)
    at singleton.SingletonTests.main(SingletonTests.java:15)

咦，怎么回事？反射失败了？？？

<img src=”https://markdownpicture.oss-cn-qingdao.aliyuncs.com/blog/20201213231748.png” style=”zoom:50%;” />

看起来报错是 getDeclaredConstructor() 失败了，那咱们看看到底有哪些结构器：

    public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException, NoSuchMethodException {Constructor<SingletonEnum>[] constructor = null;
        constructor = (Constructor<SingletonEnum>[]) SingletonEnum.class.getDeclaredConstructors();
        for(Constructor<SingletonEnum> singletonEnumConstructor:constructor){System.out.println(singletonEnumConstructor);
        }
    }

执行后果如下, 发现只有一个结构器，外面参数是 String 和int，所以啊，反射调用无参数结构器必定也是如此。

private singleton.SingletonEnum(java.lang.String,int)

毕竟它是继承于 Enum 的，那我猜测它大略也只有这个办法，验证以下，关上源码：

public abstract class Enum<E extends Enum<E>>
        implements Comparable<E>, Serializable {
  
    private final String name;

    public final String name() {return name;}
    private final int ordinal;

    public final int ordinal() {return ordinal;}

    protected Enum(String name, int ordinal) {
        this.name = name;
        this.ordinal = ordinal;
    }

能够看出，这外面只有两个属性：name和 ordinal，结构器被重写了，正是String 和int，验证了咱们的猜测，也就是没有方法应用无参数结构器来结构出毁坏单例的对象。那要是咱们应用有参数结构呢？试试！！！

import java.io.*;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;

public class SingletonTests {public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException, InvocationTargetException, InstantiationException, NoSuchMethodException {
        SingletonEnum singleton1 = SingletonEnum.INSTANCE;
        SingletonEnum singleton2 = SingletonEnum.INSTANCE;
        System.out.println(singleton1.hashCode());
        System.out.println(singleton2.hashCode());

        Constructor<SingletonEnum> constructor = null;
        constructor = SingletonEnum.class.getDeclaredConstructor(String.class,int.class);// 其父类的结构器
        constructor.setAccessible(true);

        SingletonEnum singleton3 = constructor.newInstance("INSTANCE",0);
        System.out.println(singleton1 == singleton3);
    }
}

后果呢？还是一样的报错，这是什么东东？

692404036
692404036
Exception in thread "main" java.lang.IllegalArgumentException: Cannot reflectively create enum objects
    at java.lang.reflect.Constructor.newInstance(Constructor.java:417)
    at singleton.SingletonTests.main(SingletonTests.java:18)

看起来意思是不能反射创立 enum 对象，啥？这谬误一看，就是Constructor.newInstance()417 行抛出来的，咱们看看：

    @CallerSensitive
    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);
            }
        }
        // 限度枚举类型
        if ((clazz.getModifiers() & Modifier.ENUM) != 0)
            throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");
        ConstructorAccessor ca = constructorAccessor;   // read volatile
        if (ca == null) {ca = acquireConstructorAccessor();
        }
        @SuppressWarnings("unchecked")
        T inst = (T) ca.newInstance(initargs);
        return inst;
    }

原来反射的源代码中，枚举类型的曾经被限度了，一旦调用就会抛出异样，那这条路走不通了，也就证实了反射无奈毁坏枚举的单例。new对象更是行不通了。

那 clone 呢？关上 Enum 的源码咱们外面就断了这个念头，这外面的 clone() 办法，曾经被 final 润饰了，不能被子类重写，一调用就抛出异样。所以 clone 这条路也不可能毁坏枚举的单例模式。

    protected final Object clone() throws CloneNotSupportedException {throw new CloneNotSupportedException();
    }

那序列化呢？如果咱们序列化之后，再反序列化，会呈现什么状况？

import java.io.*;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;

public class SingletonTests {public static void main(String[] args) throws Exception, InvocationTargetException, InstantiationException, NoSuchMethodException {SingletonEnum singleton1 = SingletonEnum.getInstance();
        ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("file"));
        objectOutputStream.writeObject(singleton1);
        File file = new File("file");
        ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
        SingletonEnum singleton2 = (SingletonEnum) objectInputStream.readObject();
        System.out.println(singleton1.hashCode());
        System.out.println(singleton2.hashCode());
    }
}

下面的代码执行之后，后果如下：

1627674070
1627674070

阐明序列化反序列化回来之后，其实是同一个对象！！！所以无奈毁坏单例模式。为什么呢？咱们来剖析一下源码！！！

先看看序列化的时候，实际上调用的是ObjectOutputStream.writeObject(Object obj)

writerObject()Object obj办法外面调用了 writeObject0（obj,false）,writeObject0(obj,false) 外面看到枚举类型的序列化写入：

writeEnum(Enum<?>)外面是怎么序列化的呢？

    private void writeEnum(Enum<?> en,
                           ObjectStreamClass desc,
                           boolean unshared)
        throws IOException
    {
          // 标识是枚举类型
        bout.writeByte(TC_ENUM);
        ObjectStreamClass sdesc = desc.getSuperDesc();
          // 类型形容
        writeClassDesc((sdesc.forClass() == Enum.class) ? desc : sdesc, false);
        handles.assign(unshared ? null : en);
          // 将名字写入 name()
        writeString(en.name(), false);
    }

看起来序列化的时候，是用名字写入序列化流中，那反序列化的时候呢？是怎么操作的呢？

    public final Object readObject()
        throws IOException, ClassNotFoundException {return readObject(Object.class);
    }

外面调用的是另外一个 readObject() 办法,readObject()办法其实是调用了readObject0(type,false)。

看到反序列化的时候，枚举类型的时候，是怎么实现的呢？外面有一个readEnum():

咱们来看看 readEnum()，外面其实外面是先读取了名字name, 再通过名字Enum.valueOf() 获取枚举。

所以下面没有应用反射，还是获取了之前的对象，综上所述，枚举的序列化和反序列化并不会影响单例模式。

3. 总结一下

通过下面一顿剖析，枚举不能够间接调用构造函数，不能够反射毁坏单例模式，因为外部实现阻止了，实现 clone 接口也不能够，这个办法曾经设置为final。序列化和反序列化的时候，外部没有应用反射去实现，而是查找之前的对象，间接返回，所以还是同一个对象。

这样一来，怪不得《effective java》外面举荐这个写法，既简洁，还可能避免各种毁坏，还有不必的理由么？

【作者简介】：
秦怀，公众号【秦怀杂货店】作者，技术之路不在一时，山高水长，纵使迟缓，驰而不息。这个世界心愿所有都很快，更快，然而我心愿本人能走好每一步，写好每一篇文章，期待和你们一起交换。

此文章仅代表本人（本菜鸟）学习积攒记录，或者学习笔记，如有侵权，请分割作者核实删除。人无完人，文章也一样，文笔稚嫩，在下不才，勿喷，如果有谬误之处，还望指出，感激不尽~

正文完
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发表至： 设计模式
2020-12-26
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