【如何破坏单例模式（详解）】

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✅如何破坏单例模式

  • 💡典型解析
  • ✅拓展知识仓
    • ✅反射破坏单例
    • ✅反序列化破坏单例
    • ✅ObjectlnputStream
  • ✅总结
    • ✅如何避免单例被破坏
      • ✅ 避免反射破坏单例
      • ✅ 避免反序列化破坏单例

💡典型解析


单例模式主要是通过把一个类的构造方法私有化，来避免重复创建多个对象的。那么，想要破坏单例，只要想办注能够执行到这个私有的构造方法就行了。


✅拓展知识仓


一般来说做法有使用反射及使用反序列化都可以破坏单例。


我们先通过双重校验锁的方式创建一个单例，后文会通过反射及反序列化的方式尝试破坏这个单例。


package com.yangxiaoyuan;import java.io.Serializable;/*** Created by yangxiaoyuan on 23/12/24* 使用双重校验锁方式实现单例
*/public class Singleton implements Serializable {private volatile static Singleton singleton;private Singleton () {}public static Singleton getsingleton()  {if (singleton == null) {synchronized (Singleton.class)  {if (singleton == null) {singleton = new Singleton();}}}return singleton;}	
}

✅反射破坏单例


我们尝试通过反射技术，来破坏单例:


Singleton singleton1 = Singleton.getSingleton();//通过反射获取到构造函数
Constructor<Singleton> constructor = Singleton.class.getDeclaredConstructor();
//将构造函数设置为可访问类型
constructor.setAccessible(true);
//调用构造函数的newInstance创建一个对象
Singleton singleton2 = constructor.newInstance();
//判断反射创建的对象和之前的对象是不是同一个对象
System.out.println(s1 == s2);

以上代码，输出结果为false，也就是说通过反射技术，我们给单例对象创建出来了一个 "兄弟” 。


setAccessible(true)，使得反射对象在使用时应该取消Java 语言访检查，使得私有的构造函数能够被访问。


✅反序列化破坏单例


我们尝试通过序列化+反序列化来破坏一下单例:


package com.yangxiaoyuan;import java.io.*;public class SerializableDemo1 {//为了便于理解，忽略关闭流操作及删除文件操作。真正编码时千万不要忘记//Exception直接抛出public static void main(String  args) throws IOException, ClassNotFoundException {//Write Obj to fileObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new File0utputStream("tempFile"));oos.writeObject(Singleton.getsingleton());//Read Obi from fileFile file = new File("tempFile");ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));Singleton newInstance = (Singleton) ois.readObject();//判断是否是同一个对象System.out.println(newInstance == Singleton.getSingleton());}
}//false

输出结构为false，说明:


通过对Singleton的序列化与反序列化得到的对象是一个新的对象，这就破坏了Singleton的单例性。


这里，在介绍如何解决这个问题之前，我们先来深入分析一下，为什么会这样?在反序列化的过程中到底发生了什么。


✅ObjectlnputStream


对象的序列化过程通过ObjectOutputStream和ObiectlnputStream来实现的，那么带着刚刚的问题，分析一下ObjectlnputStream 的 readobject 方法执行情况到底是怎样的。


为了节省篇幅，这里给出ObiectlnputStream的 readobject 的调用栈：


在这里插入图片描述

这里看一下重点代码，readOrdinaryObject 万法的代码片段: code 3


private Object readOrdinaryObject(boolean unshared) throws IOException {//此处省略部分代码Object obj;try {obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null;} catch (Exception ex)  {throw (IOException) new InvalidClassException(desc .forClass().getName(),
"unable to create instance").initCause(ex);}//此处省略部分代码if (obj != null && handles.lookupException(passHandle) == null && desc.hasReadResolveMethod()) {Object rep = desc.invokeReadResolve(obj);if (unshared && rep.getClass().isArray()) {rep = cloneArray(rep);}if (rep != obj) {handles.setObject(passHandle, obj = rep);}}return obj;
}

code 3 中主要贴出两部分代码。先分析第一部分：


code3.1


Object obj;try {obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null;} catch (Exception ex)  {throw (IOException) new InvalidClassException(desc .forClass().getName(),
"unable to create instance").initCause(ex);}

这里创建的这个obj对象，就是本方法要返回的对象，也可以暂时理解为是ObjectlnputStream的 readobject 返回的对象。


![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/direct/d9179a634e2a462dafeaf5c696d1a6f7.png#pic_center在这里插入图片描述


isInstantiable: 如果一个serializable/externalizable的类可以在运行时被实例化，那么该方法就返回true。针对serializable和externalizable我会在其他文章中介绍。




desc.newInstance:该方法通过反射的方式新建一个对象。


然后看一下 newInstance 的源码:


public T newInstance(Object ... initargs) throws InstantiationException， IllegalAccessException,
IllegalArgumentException，InvocationTargetException {if (!override) {if (!Reflection.quickCheckMemberAccess(clazz，modifiers)) {Class<?> caller = Reflection.getCallerClass();checkAccess(caller, clazz, nul1, modifiers);}}if ((clazz.getModifiers() & Modifier.ENUM) != 0) {throw new IllegalArgumentException("Cannot reflectively create enum objects");}ConstructorAccessor ca = constructorAccessor;         // read volatileif (ca == null) {ca = acquireConstructorAccessor();}@Suppresslarnings("unchecked")T inst = (T) ca.newInstance(initargs];return inst;
}

其中关键的就是 T inst = (T) ca.newInstance(initargs);这一步，这里实现的话在BootstrapConstructorAccessorlmpl中，实现如下：


public Object newInstance(Object[] args)
throws IllegalArgumentException，InvocationTargetException {try {return UnsafeFieldAccessorImpl.unsafe.allocateInstance(constructor.getDeclaringClass());} catch (InstantiationException e)  {throw new InvocationTargetException(e);}
}

可以看到，这里通过Java 的 Unsafe 机制来创建对象的，而不是通过调用构造函数。这意味着即使类的构造函数是私有的，反序列化仍然可以创建该类的实例，因为它不依赖于常规的构造过程。


So，到目前为止，也就可以解释，为什么序列化可以破坏单例？

答：序列化会通过Unsafe直接分配的方式来创建一个新的对象。

✅总结


在涉及到序列化的场景时，要格外注意他对单例的破坏。


✅如何避免单例被破坏


✅ 避免反射破坏单例


反射是调用默认的构造函数创建出来的，只需要我们改造下构造函数，使其在反射调用的时候识别出来对象是不是被创建过就行了：


private Singleton() {if (singleton != null) {throw new RuntimeException("单例对象只能创建一次...");}
}

✅ 避免反序列化破坏单例


解决反序列化的破坏单例，只需要我们自定义反序列化的策略就行了，就是说我们不要让他走默认逻辑一直调用至Unsafe创建对象，而是我们干预他的这个过程，干预方式就是在Singleton类中定义 readResolve ，这样就可以解决该问题:


package com.yangxiaoyuan;import java.io.Serializable;// 使用双重校验锁方式实现单例public class Singleton implements Serializable {private volatile static Singleton singleton;private Singleton (){}public static Singleton getSingleton()  {if (singleton == null) {synchronized (Singleton.class)  {if (singleton == null) {singleton = new Singleton();}}}return singleton;}private Object readResolve() {return singleton;}
}

还是运行以下测试类


package com.yangxiaoyuan;import java.io.*;public class SerializableDemo1 {//为了便于理解，忽略关闭流操作及删除文件操作。真正编码时千万不要忘记//Exception直接抛出public static void main(Stringl] args) throws IOException, ClassNotFoundException {//Write Obj to fileObjectOutputStream oos = new ObiectOutputStream(new File0utputstream("tempFile")):oos.writeObject(Singleton.getSingleton());//Read Obj from fileFile file = new File("tempFile");ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));Singleton newInstance = (Singleton) ois.readObject();//判断是否是同一个对象System.out.println(newInstance == Singleton.getSingleton());}
}//true

本次输出结果为true。具体原理，我们回过头继续分析code 3中的第二段代码:


if (obj != null &&handles.lookupException(passHandle) == null && desc.hasReadResolveMethod()) {Object rep = desc.invokeReadResolve(obj);if (unshared && rep.getClass().isArray()) {rep = cloneArray(rep);}if (rep != obj) {handles .setObject(passHandle, obj = rep);}
}

hasReadResolveMethod :如果实现了serializable 或者 externalizable接口的类中包含 readResolve 则返回true。


invokeReadResolve :通过反射的方式调用要被反序列化的类的readResolve方法。


所以，原理也就清楚了，只要在Singleton中定义readResolve方法，并在该方法中指定要返回的对象的生成策略，就可可以防止单例被破坏。

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