单例模式以及通过反射和序列化破解单例模式-优快云博客

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本文介绍了Java中实现单例模式的五种方式：饿汉、懒汉、双重检查加锁、内部类和枚举方式，并探讨了如何通过反射和序列化来破解单例模式。针对反射和序列化的问题，提出了使用readResolve()方法以及枚举方式作为解决方案，其中枚举方式是最安全的单例实现。

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对于Java来说单例模式可以有以下几种方式：

饿汉方式
懒汉方式
双重检查加锁懒汉方式
内部类方式
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：

1InnerClassLazySingleton eagerSingleton = InnerClassLazySingleton.getInstance();

2
Constructor<InnerClassLazySingleton> constructor = InnerClassLazySingleton.class.getDeclaredConstructor();

3
constructor.setAccessible(true);

4 

5InnerClassLazySingleton 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);

3oos.writeObject(eagerSingleton);

4 

5
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new ByteArrayInputStream(baos.toByteArray()));

6InnerClassLazySingleton 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();

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    }

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。