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单例模式以及通过反射和序列化破解单例模式

 
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对于Java来说单例模式可以有以下几种方式:

  1. 饿汉方式
  2. 懒汉方式
  3. 双重检查加锁懒汉方式
  4. 内部类方式
  5. 枚举方式

破解单例模式有两种方式:通过反射的方式和通过序列化的方式。下面将一一对此进行分析。

饿汉方式非常简单,即使用一个初始化的静态变量,代码如下:

1 public class EagerSingleton {
2    private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton();
3  
4    private EagerSingleton(){}
5  
6    public static EagerSingleton getInstance() {
7       return instance;
8    }
9 }

懒汉模式和饿汉模式类似,只是静态变量定义时不进行初始化,调用getInstance()时才进行初始化,这就需要考虑多线程时问题,使用synchronized关键字修饰方法即可:

01 class LazySingleton {
02     private static LazySingleton instance = null;
03     private LazySingleton() {}
04     public static synchronized LazySingleton getInstance() {
05         if (instance == null) {
06             instance = new LazySingleton();
07         }
08         return instance;
09     }
10 }

懒汉模式实际是一种懒加载,但是为了避免多线程时单例失效,必须对getInstance()方法进行同步。可以使用双重检查方式来避免对方法全部进行加锁:

01 class DoubleCheckSingleton {
02     private static volatile DoubleCheckSingleton instance = null;
03     private DoubleCheckSingleton() {}
04     public static DoubleCheckSingleton getInstance() {
05         if (instance == null) {
06             synchronized (DoubleCheckSingleton.class) {
07                 if (instance == null) {
08                     instance = new DoubleCheckSingleton();
09                 }
10             }
11         }
12         return instance;
13     }
14 }

这个需要几个注意点:静态类变量必须声明为private static volatile,这样可以 写入操作 happens-before 于每一个后续的同一个字段的读操作。在getInstance()方法中,第一次判断null后,使用同步防止多线程时破坏单例。

 

第四种是使用内部类的方式,也是一种懒加载的方式实现:

 

1 class InnerClassLazySingleton {
2     private static class SingletonCreator {
3         private static final InnerClassLazySingleton instance = new InnerClassLazySingleton();
4     }
5     public static InnerClassLazySingleton getInstance() {
6         return SingletonCreator.instance;
7     }
8 }

内部类只在第一次调用的时候才会被类加载器加载,实现了懒加载

同时由于instance是static final类型,保证了内存中只有这样一个实例存在,而且只能被赋值一次,从而保证了线程安全性

但是上面四种方式都可以通过反射的方式来破坏单例:

1 InnerClassLazySingleton eagerSingleton = InnerClassLazySingleton.getInstance();
2 Constructor<InnerClassLazySingleton> constructor = InnerClassLazySingleton.class.getDeclaredConstructor();
3 constructor.setAccessible(true);
4  
5 InnerClassLazySingleton eagerSingletonFromRef = constructor.newInstance();
6 System.out.println("使用反射破解饥渴单例模式:" + (eagerSingleton == eagerSingletonFromRef ? "否" "是"));

并且如果实现了Serializable接口的话,通过序列化的方式也可以破坏单例:

1 ByteArrayOutputStream baos  = new ByteArrayOutputStream();
2 ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(baos);
3 oos.writeObject(eagerSingleton);
4  
5 ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(baos.toByteArray()));
6 InnerClassLazySingleton eagerSingletonFromSerial =  (InnerClassLazySingleton) ois.readObject();
7 System.out.println("使用序列化破解饥渴单例模式:" + (eagerSingleton == eagerSingletonFromSerial ? "否" "是"));

可以通过在单例类中添加readResolve()方法的方式来解决:

01 class EagerSingleton implements Serializable {
02     private static final EagerSingleton instance = new EagerSingleton();
03     private EagerSingleton() {}
04     public static EagerSingleton getInstance() {
05         return instance;
06     }
07  
08     private Object readResolve() {
09         System.out.println("print from readResolve() method");
10         return getInstance();
11     }
12  
13     private void readObject(ObjectInputStream ois) throws IOException, ClassNotFoundException {
14         System.out.println("print from readObject() method");
15         ois.defaultReadObject();
16     }
17 }

readResolve()方法是用来替换从流中读取的对象的,它在readObject(ObjectInputStream)方法之后被调用,readObject()方法即从流中读取对象的方法。这样就可以避免使用序列化方式破坏单例。

 

但是上面的四种方式还是无法避免反射的方式来破坏单例的情况,可以使用枚举的方式实现单例:

1 enum EnumSingleton {
2     INSTANCE;
3      
4     public static void method() {
5          
6     }
7 }

通过反射方式创建实例时会抛出 Exception in thread "main" java.lang.NoSuchMethodException: net.local.singleton.EnumSingleton.<init>() 异常。并且使用枚举类Enum实现了序列化接口,并且也实现了readResolve()方法,因为使用序列化方式也没法破坏,是最理想的单例模式实现。 

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