单例模式-DCL懒汉式单例

单例模式即只有一个实例

基础铺垫

单例模式分为饿汉式与懒汉式，饿汉式为程序一启动就将实例创建好，而懒汉式为有需要的时候才创建实例

饿汉式：会提前创建好对象，但是会占用较多内存，如果这样的对象较多的时候会浪费内存，以空间换时间

public static class HungryMan {
    // 私有化无参构造器，使得外部不能通过new实例化对象
    private HungryMan(){}
    // 程序创建时就实例化对象
    private static HungryMan hungryMan = new HungryMan();
    // 通过对外方法返回对象
    public static HungryMan getInstance(){
        return hungryMan;
    }
}

懒汉式：需要使用的时候才会创建对象，不会浪费内存，但每次都会判断，是以时间换空间

public class LazyMan {
    private LazyMan(){}
    private static LazyMan lazyMan;
    public static LazyMan getInstance(){
        if (null == lazyMan){
            lazyMan = new LazyMan();
        }
        return lazyMan;
    }
}

正文开始

DCL懒汉式的出现是因为传统的懒汉式在多线程下并不安全，接下来，我们层层递进，从传统懒汉式优化至DCL懒汉式

改进1：在多线程下，判断lazyMan是否为空的时候，可能会两个线程判断的都空，所以会导致创建两次，能过加synchronized锁改进

if (null == testService){
    synchronized (TestService.class){
        if (null == testService) {
            testService = new TestService();
        }
    }
}

改进2：通过new关键字创建实例对象的个动作并不是原子性的，它可能存在以下问题

if (null == testService){
    synchronized (TestService.class){
        if (null == testService) {
            testService = new TestService(); // 不是原子性操作
            // 1. 分配内存空间
            // 2. 初始化对象
            // 3. 将对象指向空间
            // 由于指令重排，可能线程A执行的是123，线程B执行的是132
            // 此时线程B会认为testService != null，但其实它的空间是没有的
        }
    }
}

如果想要改进的话，需要在对象前加上volatile，禁止指令重排
关于volatile的特性，可以浏览博文的另一篇贴子：JUC-volatile关键字

private static volatile TestService testService;

至此，通过双重检测，基本可以保证懒汉式在多线程下正常运行，但是，这样的懒汉式仍然不够安全

改进3：我们可以通过反射获取到无参构造器并通过无参构造器创建对象

Constructor<LazyMan> declaredConstructors = LazyMan.class.getDeclaredConstructor(null);
declaredConstructors.setAccessible(true);
LazyMan lazyMan1 = declaredConstructors.newInstance();
LazyMan instance = LazyMan.getInstance();
System.out.println(instance == lazyMan1);
// 结果为false

这个时候改进很简单，只需要在无参构造器中加一个判断即可

private LazyMan(){
    synchronized (LazyMan.class) {
        if (null != lazyMan) {
            throw new RuntimeException("非法构造");
        }
    }
}

改进4：当所有对象都是通过反射创建的，能通过getInstance()方法时无参构造中的判断会失效

Constructor<LazyMan> declaredConstructors = LazyMan.class.getDeclaredConstructor(null);
declaredConstructors.setAccessible(true);
LazyMan lazyMan1 = declaredConstructors.newInstance();
LazyMan instance = declaredConstructors.newInstance();
System.out.println(instance == lazyMan1);

此时可以加一个标志位，判断是否创建过对象

private static boolean flag = false;
private LazyMan(){
    synchronized (LazyMan.class) {
        if (!flag){
            flag = true;
        }else {
            throw new RuntimeException("非法构造");
        }
    }
}

改进5：这个时候，如果将在创建对象前将标志位的值也进行变更，则又可以通过反向破坏单例模式

Constructor declaredConstructors = LazyMan.class.getDeclaredConstructor(null);
declaredConstructors.setAccessible(true);
Field flag1 = LazyMan.class.getDeclaredField("flag");
flag1.setAccessible(true);
LazyMan lazyMan1 = declaredConstructors.newInstance();
flag1.set(lazyMan1,false);
LazyMan instance = declaredConstructors.newInstance();
System.out.println(instance == lazyMan1);

最终解决方案：使用枚举，枚举的本质也是一个类，只不过继承了Enum类，它是自带单例模式的，而且在反射的源码中会检测类的类型，如果是枚举类型会抛出IllegalArgumentException异常

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;   // read volatile
    if (ca == null) {
        ca = acquireConstructorAccessor();
    }
    @SuppressWarnings("unchecked")
    T inst = (T) ca.newInstance(initargs);
    return inst;
}

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