有簡單又高效的方法可以實(shí)現(xiàn)單例模式，但沒有一種方式能在任何情況下都確保單例的完整性。

單例模式是指某個類只被實(shí)例化一次，用來表示全局或系統(tǒng)范圍的組件。單例模式常用于日志記錄、工廠、窗口管理器和平臺組件管理等。我認(rèn)為要盡量避免 使用單例模式，因?yàn)橐坏?shí)現(xiàn)就很難改變或重載，而且會造成編寫測試用例困難、代碼結(jié)構(gòu)糟糕等問題。另外，下面文章中的單例模式是不安全的。

人們花大量的精力研究怎樣更好地實(shí)現(xiàn)單例模式，但有一種簡單高效的實(shí)現(xiàn)方法。然而，沒有一種方法能在任何情況下都確保單例的完整性。閱讀下文，看看你是否認(rèn)同。

Final字段

這種方法將構(gòu)造函數(shù)私有化，向外提供一個公有的static final對象：

public class FooSingleton { 
    public final static FooSingleton INSTANCE = new FooSingleton(); 
    private FooSingleton() { } 
    public void bar() { } 
} 

類加載時，static對象被初始化，此時私有的構(gòu)造函數(shù)被第一次也是最后一次調(diào)用。即使在類初始化前有多個線程調(diào)用此類，JVM也能保證線程繼續(xù)運(yùn)行時該類已完整初始化。然而，使用反射和setAccessible(true)方法，可以創(chuàng)建其他新的實(shí)例：

Constructor[] constructors = FooSingleton.class.getDeclaredConstructors(); 
Constructor constructor = constructors[0]; 
constructor.setAccessible(true); 
FooSingleton spuriousFoo = (FooSingleton) constructor.newInstance(new Object[0]); 

我們需要修改構(gòu)造函數(shù)，使其免于多次調(diào)用，例如當(dāng)它被再次調(diào)用時拋出異常。如下這樣修改FooSingleton構(gòu)造函數(shù)，可以防范此類攻擊：

public class FooSingleton2 { 
    private static boolean INSTANCE_CREATED; 
    public final static FooSingleton2 INSTANCE = new FooSingleton2(); 
    private FooSingleton2() { 
        if (INSTANCE_CREATED) { 
            throw new IllegalStateException("You must only create one instance of this class"); 
        } else { 
            INSTANCE_CREATED = true; 
        } 
    } 
    public void bar() { } 
} 

這樣看起來安全一些了，但其實(shí)要創(chuàng)建新的實(shí)例還是一樣容易。我們只需修改INSTANCE_CREATED字段，再玩同樣的把戲就可以了：

Field f = FooSingleton2.class.getDeclaredField("INSTANCE_CREATED"); 
f.setAccessible(true); 
f.set(null, false); 
Constructor[] constructors = FooSingleton2.class.getDeclaredConstructors(); 
Constructor constructor = constructors[0]; 
constructor.setAccessible(true); 
FooSingleton2 spuriousFoo = (FooSingleton2) constructor.newInstance(new Object[0]); 

我們采取的任何防范措施都可能被繞過，所以此方案并不可行。

靜態(tài)工廠

使用這種方法，公有的成員類似靜態(tài)工廠：

public class FooSingleton3 { 
    public final static FooSingleton3 INSTANCE = new FooSingleton3(); 
    private FooSingleton3() { } 
    public static FooSingleton3 getInstance() { return INSTANCE; } 
    public void bar() { } 
} 

getInstance()方法返回的永遠(yuǎn)是同一個對象引用。雖然這個方案也無法防范反射，但還是有它的一些優(yōu)點(diǎn)。例如，可以在不改變API的情況下，改變單例的實(shí)現(xiàn)。getInstance()出現(xiàn)在幾乎所有的單例實(shí)現(xiàn)中，它也標(biāo)志著這真的是一個單例模式。

延遲加載的單例模式

（譯者注：在軟件工程中，Initialization-on-demand holder 這個習(xí)語指的就是延遲加載的單例模式，參見維基百科）

如果希望盡可能延遲單例的創(chuàng)建（懶漢式加載），可以使用延遲初始化方法，當(dāng)getInstance()方法第一次調(diào)用時線程安全地創(chuàng)建單例。相比之前的方案當(dāng)?shù)谝淮我迷擃悤r就創(chuàng)建單例（餓漢式加載），這是一個進(jìn)步。如下：

public class FooSingleton4 { 
    private FooSingleton4() { 
    } 
    public static FooSingleton4 getInstance() { 
        return FooSingleton4Holder.INSTANCE; 
    } 
    private static class FooSingleton4Holder { 
        private static final FooSingleton4 INSTANCE = new FooSingleton4(); 
    } 
} 

要小心序列化

如果單例實(shí)現(xiàn)了序列化，它就要面臨另一個威脅。因此需要將所有字段聲明為transient（這樣它就不會被序列化）并提供一個自定義的readResolve()方法返回唯一實(shí)例INSTANCE的引用。

枚舉

這里用枚舉作為單例INSTANCE的容器：

public enum FooEnumSingleton { 
    INSTANCE; 
    public static FooEnumSingleton getInstance() { return INSTANCE; } 
    public void bar() { } 
} 

根據(jù)Java語言規(guī)范8.9，“Enum的final克隆方法保證枚舉永遠(yuǎn)無法被克隆，其特殊的序列化機(jī)制保證無法反序列化得到拷貝的對象。同時，還禁止利用反射對枚舉進(jìn)行實(shí)例化。保證了這四個方面，在枚舉常量之外，就不會有其他同類的枚舉實(shí)例存在。”

這樣，我們似乎很簡單地就防范了序列化、克隆和反射的攻擊。第一次看到這段話，我立刻想要證明它是錯的。如下代碼所示，繞過這些保護(hù)是很容易的： 

Constructor con = FooEnumSingleton.class.getDeclaredConstructors()[0]; 
Method[] methods = con.getClass().getDeclaredMethods(); 
for (Method method : methods) { 
     if (method.getName().equals("acquireConstructorAccessor")) { 
         method.setAccessible(true); 
         method.invoke(con, new Object[0]); 
     } 
  } 
  Field[] fields = con.getClass().getDeclaredFields(); 
  Object ca = null; 
  for (Field field : fields) { 
      if (field.getName().equals("constructorAccessor")) { 
          field.setAccessible(true); 
          ca = field.get(con); 
      } 
  } 
  Method method = ca.getClass().getMethod("newInstance", new Class[]{Object[].class}); 
  method.setAccessible(true); 
  FooEnumSingleton spuriousEnum = (FooEnumSingleton) method.invoke(ca, new Object[]{new Object[]{"SPURIOUS_INSTANCE", 1}}); 
  printInfo(FooEnumSingleton.INSTANCE); 
  printInfo(spuriousEnum); 
} 
private static void printInfo(FooEnumSingleton e) { 
    System.out.println(e.getClass() + ":" + e.name() + ":" + e.ordinal()); 
} 

執(zhí)行這段代碼，得到結(jié)果：

class com.blogspot.minborgsjavapot.singleton.FooEnumSingleton:INSTANCE:0
class com.blogspot.minborgsjavapot.singleton.FooEnumSingleton:SPURIOUS_INSTANCE:1

枚舉的缺點(diǎn)是它無法從另一個基類繼承，因?yàn)樗呀?jīng)繼承自java.lang.Enum。如果想要模擬這種繼承，可以參考我另一篇文章中介紹的混入模式（mixin pattern）。

枚舉的一個優(yōu)點(diǎn)是，如果你之后希望有“二例（dualton）”或“三例（tringleton）”，只需要增加新的枚舉實(shí)例即可。例如，有了一個單例的緩存之后，你也許還想給緩存引入多個層次。

結(jié)論

盡管繞過單例的這些保護(hù)并不容易，但確實(shí)沒有一種萬無一失的方案。如果你有更好的方案，請不吝賜教！

枚舉是實(shí)現(xiàn)單例模式的簡單而又高效的方法。如果想要有繼承或懶漢式加載，延遲初始化方案是不錯的選擇。

祝你的單例好運(yùn)！