哪些情况下的单例对象可能会破坏？

昨天，有位小伙伴在评论区留言，希望我分享一些设计模式相关的面试题。设计模式本身是很抽象的，但是在很多面试中又经常被问到，很多小伙伴其实都能答得上，但是又不知道怎么样回答才能让面试官满意，往往越简单的知识越能够体现出核心竞争力。

今天，我给大家分享一个简单又不简单的单例模式，希望能够帮助到大家。先来看单例模式的定义。

1、单例模式的定义

关于单例模式的定义，官方原文是这样描述的：

Ensure a class has only one instance,and provide a global point of access to it.

大致意思是，确保一个类在任何情况下都绝对只有一个实例，并提供一个全局访问点。

单例模式的写法相信只要是程序员应该都会，也很非常简单，这里我就不一一列举了。今天，我要重点要给大家分析的是，在Java中，哪些单例对象是最有可能被破坏的。

2、单例被破坏的五个场景

我把可能出现单例被破坏的情况，一共归纳为五种，分别为多线程破坏单例、指令重排破坏单例、克隆破坏单例、反序列化破坏单例、反射破坏单例。

下面我详细分析一下每种情况并给出解决方案：

第一种：多线程破坏单例

在多线程环境下，线程的时间片是由CPU自由分配的，具有随机性，而单例对象作为共享资源可能会同时被多个线程同时操作，从而导致同时创建多个对象。当然，这种情况只出现在懒汉式单例中。如果是饿汉式单例，在线程启动前就被初始化了，不存在线程再创建对象的情况。

如果懒汉式单例出现多线程破坏的情况，我给出以下两种解决方案：

1、改为DCL双重检查锁的写法。

2、使用静态内部类的写法，性能更高。

第二种：指令重排破坏单例

指令重排也可能导致懒汉式单例被破坏。来看这样一句代码：

instance = new Singleton();

看似简单的一段赋值语句：instance = new Singleton();

其实JVM内部已经被转换为多条执行指令：

memory = allocate(); 分配对象的内存空间指令

ctorInstance(memory); 初始化对象

instance = memory; 将已分配存地址赋值给对象引用

1、分配对象的内存空间指令，调用allocate()方法分配内存。

2、调用ctorInstance()方法初始化对象

3、将已分配存地址赋值给对象引用

但是经过重排序后，执行顺序可能是这样的：

memory = allocate(); 分配对象的内存空间指令

instance = memory; 将已分配存地址赋值给对象引用

ctorInstance(memory); 初始化对象

1、分配对象的内存空间指令

2、设置instance指向刚分配的内存地址

3、初始化对象

我们可以看到指令重排之后，instance指向分配好的内存放在了前面，而这段内存的初始化的指令被排在了后面，在线程 T1 初始化完成这段内存之前，线程T2 虽然进不去同步代码块，但是在同步代码块之前的判断就会发现 instance 不为空，此时线程T2 获得 instance 对象，如果直接使用就可能发生错误。

如果出现这种情况，我该如何解决呢？只需要在成员变量前加volatile，保证所有线程的可见性就可以了。

private static volatile Singleton instance = null;

第三种：克隆破坏单例

在Java中，所有的类就继承自Object，也就是说所有的类都实现了clone()方法。如果是深clone()，每次都会重新创建新的实例。那如果我们定义的是单例对象，岂不是也可调用clone()方法来反复创建新的实例呢？确实，这种情况是有可能发生的。为了避免发生这样结果，我们可以在单例对象中重写clone() 方法，将单例自身的引用作为返回值。这样，就能避免这种情况发生。

第四种：反序列化破坏单例

我们将Java对象序列化以后，对象通常会被持久化到磁盘或者数据库。如果我们要再次加载到内存，就需要将持久化的内容反序列化成Java对象。反序列化是基于字节码来操作的，我们要序列化以前的内容进行反序列化到内存，就需要重新分配内存，也就是说，要重新创建对象。那如果要反序列化的对象恰恰是单例对象，我们该怎么办呢？

我告诉大家一种解决方案，在反序列的过程中，Java API会调用readResolve()方法，可以通过获取readResolve()方法的返回值覆盖反序列化创建的对象。

因此，只需要重写readResolve()方法，将返回值设置为已经存在的单例对象，就可以保证反序列化以后的对象是同一个了。之后再将反序列化后的对象中的值，克隆到单例对象中。

第五种：反射破坏单例

以上讲的所有单例情况都有可能被反射破坏。因为Java中的反射机制是可以拿到对象的私有的构造方法，也就是说，反射可以任意调用私有构造方法创建单例对象。当然，没有人会故意这样做，但是如果出现意外的情况，该如何处理呢？我推荐大家两种解决方案，

第一种方案是在所有的构造方法中第一行代码进行判断，检查单例对象是否已经被创建，如果已经被创建，则抛出异常。这样，构造方法将会被终止调用，也就无法创建新的实例。

第二种方案，将单例的实现方式改为枚举式单例，因为在JDK源码层面规定了，不允许反射访问枚举。

3、总结

最后总结一下：

1、在所有单例写法中，如果程序不是太复杂，单例对象又不多，推荐使用饿汉式单例。

2、但如果经常发生多线程并发情况下，推荐使用静态内部类和枚举式单例，我的《设计模式就该这样学》这本书中，也推荐这样的写法。