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为什么我墙裂建议大家使用枚举来实现单例

我们知道,单例模式,一般有七种写法,那么这七种写法中,最好的是哪一种呢?为什么呢?本文就来抽丝剥茧一下。

哪种写单例的方式最好

在StakcOverflow中,有一个关于What is an efficient way to implement a singleton pattern in Java?的讨论:

为什么我墙裂建议大家使用枚举来实现单例

如上图,得票率最高的回答是:使用枚举。

回答者引用了Joshua Bloch大神在《Effective Java》中明确表达过的观点:

使用枚举实现单例的方法虽然还没有广泛采用,但是单元素的枚举类型已经成为实现Singleton的最佳方法。

如果你真的深入理解了单例的用法以及一些可能存在的坑的话,那么你也许也能得到相同的结论,那就是:使用枚举实现单例是一种很好的方法。

枚举单例写法简单

如果你看过《单例模式的七种写法》中的实现单例的所有方式的代码,那就会发现,各种方式实现单例的代码都比较复杂。主要原因是在考虑线程安全问题。

我们简单对比下“双重校验锁”方式和枚举方式实现单例的代码。

“双重校验锁”实现单例:

public class Singleton { private volatile static Singleton singleton; private Singleton (){} public static Singleton getSingleton() { if (singleton == null) { synchronized (Singleton.class) { if (singleton == null) { singleton = new Singleton(); } } } return singleton; } }

枚举实现单例:

public enum Singleton { INSTANCE; public void whateverMethod() { } }

相比之下,你就会发现,枚举实现单例的代码会精简很多。

上面的双重锁校验的代码之所以很臃肿,是因为大部分代码都是在保证线程安全。为了在保证线程安全和锁粒度之间做权衡,代码难免会写的复杂些。但是,这段代码还是有问题的,因为他无法解决反序列化会破坏单例的问题。

枚举可解决线程安全问题

上面提到过。使用非枚举的方式实现单例,都要自己来保证线程安全,所以,这就导致其他方法必然是比较臃肿的。那么,为什么使用枚举就不需要解决线程安全问题呢?

其实,并不是使用枚举就不需要保证线程安全,只不过线程安全的保证不需要我们关心而已。也就是说,其实在“底层”还是做了线程安全方面的保证的。

那么,“底层”到底指的是什么?

这就要说到关于枚举的实现了。这部分内容可以参考我的另外一篇博文《深度分析Java的枚举类型—-枚举的线程安全性及序列化问题》,这里我简单说明一下:

定义枚举时使用enum和class一样,是Java中的一个关键字。就像class对应用一个Class类一样,enum也对应有一个Enum类。

通过将定义好的枚举反编译,我们就能发现,其实枚举在经过javac的编译之后,会被转换成形如public final class T extends Enum的定义。

而且,枚举中的各个枚举项同事通过static来定义的。如:

public enum T { SPRING,SUMMER,AUTUMN,WINTER;}

反编译后代码为:

public final class T extends Enum{ //省略部分内容 public static final T SPRING; public static final T SUMMER; public static final T AUTUMN; public static final T WINTER; private static final T ENUM$VALUES[]; static { SPRING = new T(“SPRING”, 0); SUMMER = new T(“SUMMER”, 1); AUTUMN = new T(“AUTUMN”, 2); WINTER = new T(“WINTER”, 3); ENUM$VALUES = (new T[] { SPRING, SUMMER, AUTUMN, WINTER }); }}

了解JVM的类加载机制的朋友应该对这部分比较清楚。static类型的属性会在类被加载之后被初始化,我们在深度分析Java的ClassLoader机制(源码级别)中介绍过,当一个Java类第一次被真正使用到的时候静态资源被初始化、Java类的加载和初始化过程都是线程安全的(因为虚拟机在加载枚举的类的时候,会使用ClassLoader的loadClass方法,而这个方法使用同步代码块保证了线程安全)。所以,创建一个enum类型是线程安全的。

也就是说,我们定义的一个枚举,在第一次被真正用到的时候,会被虚拟机加载并初始化,而这个初始化过程是线程安全的。而我们知道,解决单例的并发问题,主要解决的就是初始化过程中的线程安全问题。

所以,由于枚举的以上特性,枚举实现的单例是天生线程安全的。

枚举可避免反序列化破坏单例

前面我们提到过,使用“双重校验锁”实现的单例其实是存在一定问题的,就是这种单例有可能被序列化锁破坏,关于这种破坏及解决办法,参看单例与序列化的那些事儿,这里不做更加详细的说明了。

那么,对于序列化这件事情,为什么枚举又有先天的优势了呢?答案可以在Java Object Serialization Specification 中找到答案。其中专门对枚举的序列化做了如下规定:

为什么我墙裂建议大家使用枚举来实现单例

大概意思就是:在序列化的时候Java仅仅是将枚举对象的name属性输出到结果中,反序列化的时候则是通过java.lang.Enum的valueOf方法来根据名字查找枚举对象。同时,编译器是不允许任何对这种序列化机制的定制的,因此禁用了writeObject、readObject等方法。

普通的Java类的反序列化过程中,会通过反射调用类的默认构造函数来初始化对象。所以,即使单例中构造函数是私有的,也会被反射给破坏掉。由于反序列化后的对象是重新new出来的,所以这就破坏了单例。

但是,枚举的反序列化并不是通过反射实现的。所以,也就不会发生由于反序列化导致的单例破坏问题。这部分内容在《深度分析Java的枚举类型—-枚举的线程安全性及序列化问题》中也有更加详细的介绍,还展示了部分代码,感兴趣的朋友可以前往阅读。

总结

在所有的单例实现方式中,枚举是一种在代码写法上最简单的方式,之所以代码十分简洁,是因为Java给我们提供了enum关键字,我们便可以很方便的声明一个枚举类型,而不需要关心其初始化过程中的线程安全问题,因为枚举类在被虚拟机加载的时候会保证线程安全的被初始化。

除此之外,在序列化方面,Java中有明确规定,枚举的序列化和反序列化是有特殊定制的。这就可以避免反序列化过程中由于反射而导致的单例被破坏问题。

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