单例模式以及通过反射和序列化破解单例模式

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 {

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INSTANCE;

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4	public static void method() {

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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。