Kotlin伴生对象实现单例时为何检测到存在公共构造函数

我在结合设计模式学习Kotlin时，尝试编写单例模式实现，配套两组测试用例：一组验证单例实例全局唯一，一组验证单例类不存在公共构造函数，测试代码如下：

import org.junit.jupiter.api.Assertions.assertEquals
import org.junit.jupiter.api.Assertions.assertSame
import org.junit.jupiter.api.Test

class TestSimpleSingleton {
    @Test
    fun testCreateSingleton() {
        val s = Singleton.Instance()
        val s2 = Singleton.Instance()
        assertSame(s, s2)
    }

    @Test
    fun testNoPublicConstructors() {
        val singleton = Class.forName("Singleton")
        val constructors = singleton.constructors
        assertEquals(0, constructors.size) // public constructor = 0
    }
}

两种实现的测试表现：

• 直接使用object关键字实现单例（调用方式val s = Singleton）时，测试全部通过，实现代码：

object Singleton

• 使用companion object（伴生对象）实现懒加载单例时，第二个测试失败，检测到类存在1个公共构造函数，实现代码：

class Singleton private constructor(){
  companion object {
    private var theInstance: Singleton? = null
    fun Instance(): Singleton {
      if (theInstance == null)
        theInstance = Singleton()
      return theInstance as Singleton
    }
  }
}

我已经将类的主构造函数明确声明为private，理论上不应存在公共构造函数。

这个问题是JVM平台上Kotlin编译器的合成构造函数生成规则导致的：

• 你定义的private constructor()无参主构造，编译后确实是private访问权限，正常业务代码无法直接调用。
• 当类中存在伴生对象时，Kotlin编译器会额外生成一个标记为*synthetic（合成）*的public构造函数，参数是编译器内部使用的DefaultConstructorMarker类型。这个构造是给编译器内部逻辑调用的，普通代码无法直接调用，但它的访问权限是public，因此会被JDK反射的getConstructors()方法（也就是你代码中调用的constructors扩展属性的底层实现）识别到，统计为1个公共构造。
• 而用object关键字声明的单例类，编译器不会生成这个额外的合成public构造，只有一个private的无参构造，因此反射统计到的公共构造数量为0，测试可以通过。

如果要准确判断类不存在用户可调用的公共构造函数，需要在反射统计时过滤掉编译器生成的合成构造，修改测试代码如下：

@Test
fun testNoPublicConstructors() {
    val singleton = Class.forName("Singleton")
    val constructors = singleton.constructors.filter { !it.isSynthetic } // 过滤编译器生成的合成构造
    assertEquals(0, constructors.size)
}

另外补充：你当前手写的懒汉单例是线程不安全的，多线程并发场景下可能生成多个实例，Kotlin中推荐用by lazy委托实现线程安全的懒加载单例，代码更简洁：

class Singleton private constructor(){
  companion object {
    val Instance: Singleton by lazy { Singleton() }
  }
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者blahblah