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单例模式的安全性
更新时间:2018-01-08

单例模式,我想大家再熟悉不过了,不过本文不是介绍单例模式该怎么写的。来了解单例怎么写的,请 移步

本文来说说怎么破坏一个单例,让你写的单例变成一个假的单例。当然,本文也会给出怎么进行防守的方法。

一个简单的单例

来一个简单的单例模式例子:

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

    private String name;

    public String getName() {
        return this.name;
    }

    private Singleton() {
        this.name = "Neo";
    }

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

上面是一个比较简单的饿汉写法的单例模式,我们看看客户端调用:

public class APP {
    // 由于构造方法上加了 private 修饰,所以我们已经不能通过 ‘new’ 来产生实例了
    // Singleton intance = new Singleton();

    Singleton instance = Singleton.getInstance();
    System.out.println(instance.getName());
}

通过反射破坏单例

原理很简单,通过反射获取其构造方法,然后重新生成一个实例。

class APP {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();

        // 下面我们通过反射得到其构造方法,并且修改其构造方法的访问权限,并用这个构造方法构造一个对象
        Constructor constructor = Singleton.class.getDeclaredConstructor();
        constructor.setAccessible(true);
        Singleton instance2 = (Singleton) constructor.newInstance();

      // 是不是产生了两个实例了?
        System.out.println(instance1 == instance2); // false
    }
}

显然,说好的单例已经不单一了,上面的程序运行结果肯定是:false

防止反射方式破坏

如果要避免单例被反射破坏,Java 提供了枚举,举个例子:

public enum Singleton {
    INSTANCE;// 这里只有一项

    private String name;

    Singleton() {
        this.name = "Neo";
    }
    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }

    public String getName() {
        return this.name;
    }
}

这个时候,如果我们再想通过反射获取类的构造方法:

Constructor constructor = Singleton.class.getDeclaredConstructor();

会抛出 NoSuchMethodException 异常:

Exception in thread "main" java.lang.NoSuchMethodException: com.javadoop.Singleton.<init>()
    at java.lang.Class.getConstructor0(Class.java:3082)
    at java.lang.Class.getDeclaredConstructor(Class.java:2178)
    at com.javadoop.singleton.APP.main(APP.java:11)

对于枚举,JVM 会自动进行实例的创建,其构造方法由 JVM 在创建实例的时候进行调用。

我们在代码中是获取不到 enum 类的构造方法的。

通过序列化破坏

下面,我们再说说另一种破解方法:序列化、反序列化。

我们知道,序列化是将 java 对象转换为字节流,反序列化是从字节流转换为 java 对象。

class APP {
    public static void main(String[] args) throws ... {
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();

        Constructor constructor = Singleton.class.getDeclaredConstructor();
        constructor.setAccessible(true);
        Singleton instance2 = (Singleton) constructor.newInstance();

        // instance3 将从 instance1 序列化后,反序列化而来
        Singleton instance3 = null;
        ByteArrayOutputStream bout = null;
        ObjectOutputStream out = null;
        try {
            bout = new ByteArrayOutputStream();
            out = new ObjectOutputStream(bout);
            out.writeObject(instance1);

            ByteArrayInputStream bin = new ByteArrayInputStream(bout.toByteArray());
            ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(bin);
            instance3 = (Singleton) in.readObject();
        } catch (Exception e) {
        } finally {
            // close bout&out
        }

        // 显然,instance3 和 instance1 不是同一个对象了
        System.out.println(instance1 == instance3); // false
    }
}

毫无疑问,instance1 == instance3 也会返回 false

防止序列化破坏

在序列化之前,我们要在类上面加上 implements Serializable

我们需要做的是,在类中加上 readResolve() 这个方法,返回实例。

public class Singleton implements Serializable {
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    private String name;

    public String getName() {
        return this.name;
    }

    private Singleton() {
        this.name = "Neo";
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }

    // 看这里
    public Object readResolve() throws ObjectStreamException {
        return INSTANCE;
    }
}

你再试一下,会发现变成 true 了。

因为在反序列化的时候,JVM 会自动调用 readResolve() 这个方法,我们可以在这个方法中替换掉从流中反序列化回来的对象。

更具体的信息,请参考官方文档: 对象序列化规范 ,这个方法完整的描述是这样的:

ANY-ACCESS-MODIFIER Object readResolve() throws ObjectStreamException;

总结

文中没有示例说反序列化在 enum 类中的表现,我直接说结论吧。enum 类自带这种特殊光环,不用写 readResolve() 方法就可以自动防止反序列化方式对单例的破坏。

对于大家来说,

本文有点较真了,不过也算是曲线地介绍了点知识吧。

(全文完)

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