怎么防止反射、序列化问题，实现一个完美的单例？

1、编码实现的单例

• 静态内部类方式（JVM类加载实现）

public class Singleton {

    private Singleton() {}

    private static class SingleTonHolder {
        static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }
	// 调用 getInstance 方法，才获取加载 SingleTonHolder，JVM保证只会有一个线程对类进行加载
    public static Singleton getInstance() {
        return SingleTonHolder.INSTANCE;
    }
}

• java关键字实现（JMM实现）

public class SingleTon {

	private Singleton() {}
	
	// 利用 volatile 的语义：禁止指令重排序
    private volatile static SingleTon INSTANCE;

    public static SingleTon get() {
    	// Double-Check：即保证并发量，又保证线程安全。
        if (INSTANCE == null) {
            synchronized (SingleTon.class) {
                if (INSTANCE == null) {
                    INSTANCE = new SingleTon ();
                }
            }
        }
        return INSTANCE ;
    }

}

这两个手写编码的单例看起来很完美，但是利用反射、序列化，可以获得新对象，破坏单例。

2、反射问题

• 反射破坏

public class SingletonReflect {

    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
        Singleton origin = Singleton.getInstance();
        System.out.println("origin: " + System.identityHashCode(origin));
        Class<Singleton> singletonClass = Singleton.class;
        Constructor<Singleton> constructor = singletonClass.getDeclaredConstructor();
        constructor.setAccessible(true);
        Singleton reflect = constructor.newInstance();
        System.out.println("reflect: " + System.identityHashCode(reflect));
    }

}

执行结果：

origin: 59559151
reflect: 1450821318

两个对象的地址值并不相同。反射破坏成功。

• 解决方法思考
  //

• 解决方法

在构造函数中进行判断，实例是否不为 null，如果不为null，抛出异常。

public class Singleton {

    private Singleton() {
    	// 增加判断
        if (SingleTonHolder.INSTANCE != null) {
            throw new IllegalStateException("can't reflect Singleton");
        }
    }

    private static class SingleTonHolder {
        static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingleTonHolder.INSTANCE;
    }

}

这里判断的依据涉及到的知识点：
1、初始化一个类，包括执行这个类的静态初始化和初始化在这个类中声明的静态字段。因此静态成员变量会随着类加载而存在。
2、Java规范中一个类或接口类型T被初始化的情况包括：
2.1：T是一个类，而且一个T类型的实例被创建；
2.2：T是一个类，且T中声明的一个静态方法被调用；
2.3：T中声明的一个静态字段被赋值；
2.4：T中声明的一个静态字段被使用，而且这个字段不是一个常量字段；常量字段：使用关键字 final 修饰的字段。
2.5：T是一个顶级类（top level class，见java语言规范的§7.6），而且一个断言语句嵌套在T内部被执行。

运行结果：

3、序列化问题

实现序列化，需要单例类实现Serializable 接口，定义serialVersionUID常量。

• 序列化破坏

public class SingletonSerialize {

    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {

        Singleton origin = Singleton.getInstance();
        System.out.println("origin: " + System.identityHashCode(origin));
        try (ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("C:\\serialize\\instance.txt"));
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("C:\\serialize\\instance.txt"))) {
            oos.writeObject(origin);
            Singleton serialize = (Singleton) ois.readObject();
            System.out.println("serialize: " + System.identityHashCode(serialize));
        }
    }

}

执行结果：

origin: 1476011703
serialize: 1911728085

• 解决方法思考
  //
• 解决方法
  在单例类中增加两个方法，自定义反序列化方法。当反序列化时，抛出异常。

    private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException,
            ClassNotFoundException {
        throw new InvalidObjectException("can't deserialize singleton");
    }

    private void readObjectNoData() throws ObjectStreamException {
        throw new InvalidObjectException("can't deserialize singleton");
    }

运行结果：

4、总结

一个编码实现的完美单例写法：

public class Singleton implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = -3782723772939643172L;

    private static class SingleTonHolder {
        static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingleTonHolder.INSTANCE;
    }

    private Singleton() {
        if (SingleTonHolder.INSTANCE != null) {
            throw new IllegalStateException("can't reflect singleton");
        }
    }
    
    private void readObject(ObjectInputStream in) throws IOException,
            ClassNotFoundException {
        throw new InvalidObjectException("can't deserialize singleton");
    }

    private void readObjectNoData() throws ObjectStreamException {
        throw new InvalidObjectException("can't deserialize singleton");
    }

}