[TOC]
1.单例是什么？
单例模式：是一种创建型设计模式，目的是保证全局一个类只有一个实例对象，分为懒汉式和饿汉式。所谓懒汉式，类似于懒加载，需要的时候才会触发初始化实例对象。而饿汉式正好相反，项目启动，类加载的时候，就会创建初始化单例对象。
1.1 优点
如果只有一个实例，那么就可以少占用系统资源，节省内存，访问也会相对较快。比较灵活。
1.2 缺点
不能使用在变化的对象上，特别是不同请求会造成不同属性的对象。由于Spring本身默认实例就是单例的，所以使用的时候需要判断应用场景，要不会造成张冠李戴的现象。而往往操作引用和集合，就更不容易查找到这种诡异的问题。例如：一些配置获取，如果后期使用需要修改其值，要么定义使用单例，后期使用深拷贝，要么不要使用单例。
既然使用单例模式，那么就得想尽一切办法，保证实例是唯一的，这也是单例模式的使命。但是代码是人写的，再完美的人也可能写出不那么完美的代码，再安全的系统，也有可能存在漏洞。既然你想保证单例，那我偏偏找出方法，创建同一个类多个不同的对象呢？这就是对单例模式的破坏，到底有哪些方式可以破坏单例模式呢？主要但是不限于以下几种：
- 没有将构造器私有化，可以直接调用。
- 反射调用构造器
- 实现了
cloneable接口 - 序列化与反序列化
2. 破坏单例的几种方法
2.1 通过构造器创建对象
一般来说，一个稍微 ✔️ 的单例模式，是不可以通过new来创建对象的，这个严格意义上不属于单例模式的破坏。但是人不是完美的，写出的程序也不可能是完美的，总会有时候疏忽了，忘记了将构造器私有化，那么外部就可以直接调用到构造器，自然就可以破坏单例模式，所以这种写法就是不成功的单例模式。
/**
* 下面是使用双重校验锁方式实现单例
*/
public class Singleton{
private volatile static Singleton singleton;
public static Singleton getSingleton() {
if (singleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
} 上面就是使用双重检察锁的方式，实现单例模式，但是忘记了写private的构造器，默认是有一个public的构造器，如果调用会怎么样呢？
public static void main(String[] args) {
Singleton singleton = new Singleton();
Singleton singleton1 = new Singleton();
System.out.println(singleton.hashCode());
System.out.println(singleton1.hashCode());
System.out.println(Singleton.getSingleton().hashCode());
} 运行的结果如下：
692404036 1554874502 1846274136
三个对象的hashcode都不一样，所以它们不是同一个对象，这样也就证明了，这种单例写法是不成功的。
2.2 反射调用构造器
如果单例类已经将构造方法声明成为private，那么暂时无法显式的调用到构造方法了，但是真的没有其他方法可以破坏单例了么？
答案是有！也就是通过反射调用构造方法，修改权限。
比如一个看似完美的单例模式：
import java.io.Serializable;
public class Singleton{
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;
}
} 测试代码如下：
import java.lang.reflect.Constructor;
public class SingletonTests {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Singleton singleton = Singleton.getSingleton();
Singleton singleton1=Singleton.getSingleton();
Constructor constructor=Singleton.class.getDeclaredConstructor(null);
constructor.setAccessible(true);
Singleton singleton2 =(Singleton) constructor.newInstance(null);
System.out.println(singleton.hashCode());
System.out.println(singleton1.hashCode());
System.out.println(singleton2.hashCode());
}
} 运行结果：
692404036 692404036 1554874502
从结果我们可以看出：放射确实可以调用到已经私有化的构造器，并且构造出不同的对象，从而破坏单例模式。
那这种情况有没有什么方法可以防止破坏呢？既然要防止破坏，肯定要防止调用私有构造器，也就是调用一次之后，再调用就报错，抛出异常。我们的单例模式可以写成这样：
import java.io.Serializable;
public class Singleton {
private static int num = 0;
private volatile static Singleton singleton;
private Singleton() {
synchronized (Singleton.class) {
if (num == 0) {
num++;
} else {
throw new RuntimeException("Don't use this method");
}
}
}
public static Singleton getSingleton() {
if (singleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
} 测试调用方法不变，测试结果如下,反射调用的时候抛出异常了，说明能够有效阻止反射调用破坏单例的模式：
Exception in thread "main" java.lang.reflect.InvocationTargetException
at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance0(Native Method)
at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance(NativeConstructorAccessorImpl.java:62)
at sun.reflect.DelegatingConstructorAccessorImpl.newInstance(DelegatingConstructorAccessorImpl.java:45)
at java.lang.reflect.Constructor.newInstance(Constructor.java:423)
at singleton.SingletonTests.main(SingletonTests.java:11)
Caused by: java.lang.RuntimeException: Don't use this method
at singleton.Singleton.<init>(Singleton.java:15)
... 5 more 2.3 实现了cloneable接口
如果单例对象已经将构造方法声明成为private，并且重写了构造方法，那么暂时无法调用到构造方法。但是还有一种情况，那就是拷贝，拷贝的时候是不需要经过构造方法的。但是要想拷贝，必须实现Clonable方法，而且需要重写clone方法。
import java.io.Serializable;
public class Singleton implements Cloneable {
private static int num = 0;
private volatile static Singleton singleton;
private Singleton() {
synchronized (Singleton.class) {
if (num == 0) {
num++;
} else {
throw new RuntimeException("Don't use this method");
}
}
}
public static Singleton getSingleton() {
if (singleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
} 测试代码如下：
public class SingletonTests {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Singleton singleton1=Singleton.getSingleton();
System.out.println(singleton1.hashCode());
Singleton singleton2 = (Singleton) singleton1.clone();
System.out.println(singleton2.hashCode());
}
} 运行结果如下，两个对象的hashCode不一致，也就证明了如果继承了Cloneable接口的话，并且重写了clone()方法，则该类的单例就可以被打破，可以创建出不同的对象。但是，这个clone的方式破坏单例，看起来更像是自己主动破坏单例模式,什么意思？
也就是如果很多时候，我们只想要单例，但是有极少的情况，我们想要多个对象，那么我们就可以使用这种方式，更像是给自己留了一个后门，可以认为是一种良性的破坏单例的方式。
2.4 序列化破坏单例
序列化，实际上和clone差不多，但是不一样的地方在于我们很多对象都是必须实现序列化接口的，但是实现了序列化接口之后，对单例的保证有什么风险呢？
风险就是序列化之后，再反序列化回来，对象的内容是一样的，但是对象却不是同一个对象了。不信？那就试试看：
单例定义如下：
import java.io.Serializable;
public class Singleton implements Serializable {
private static int num = 0;
private volatile static Singleton singleton;
private Singleton() {
synchronized (Singleton.class) {
if (num == 0) {
num++;
} else {
throw new RuntimeException("Don't use this method");
}
}
}
public static Singleton getSingleton() {
if (singleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
} 测试代码如下：
import java.io.*;
import java.lang.reflect.Constructor;
public class SingletonTests {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Singleton singleton1 = Singleton.getSingleton();
ObjectOutputStream objectOutputStream = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("file"));
objectOutputStream.writeObject(singleton1);
File file = new File("tempFile");
ObjectInputStream objectInputStream = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
Singleton singleton2 = (Singleton) objectInputStream.readObject();
System.out.println(singleton1.hashCode());
System.out.println(singleton2.hashCode());
}
} 上面的代码，先将对象序列化到文件，再从文件反序列化回来，结果如下：
2055281021 1198108795
结果证明：两个对象的hashCode不一样，说明这个类的单例被破坏了。
那么有没有方法在这种情况下，防止单例的破坏呢？答案是：有！！！。
既然调用的是objectInputStream.readObject()来反序列化，那么我们看看里面的源码,里面调用了readObject()方法。
public final Object readObject()
throws IOException, ClassNotFoundException {
return readObject(Object.class);
} readObject()方法，里面调用了readObject0()方法：
private final Object readObject(Class<?> type)
throws IOException, ClassNotFoundException
{
if (enableOverride) {
return readObjectOverride();
}
if (! (type == Object.class || type == String.class))
throw new AssertionError("internal error");
// if nested read, passHandle contains handle of enclosing object
int outerHandle = passHandle;
try {
// 序列化对象
Object obj = readObject0(type, false);
handles.markDependency(outerHandle, passHandle);
ClassNotFoundException ex = handles.lookupException(passHandle);
if (ex != null) {
throw ex;
}
if (depth == 0) {
vlist.doCallbacks();
}
return obj;
} finally {
passHandle = outerHandle;
if (closed && depth == 0) {
clear();
}
}
} readObject0()内部如下，其实是针对不同的类型分别处理：
private Object readObject0(Class<?> type, boolean unshared) throws IOException {
boolean oldMode = bin.getBlockDataMode();
if (oldMode) {
int remain = bin.currentBlockRemaining();
if (remain > 0) {
throw new OptionalDataException(remain);
} else if (defaultDataEnd) {
/*
* Fix for 4360508: stream is currently at the end of a field
* value block written via default serialization; since there
* is no terminating TC_ENDBLOCKDATA tag, simulate
* end-of-custom-data behavior explicitly.
*/
throw new OptionalDataException(true);
}
bin.setBlockDataMode(false);
}
byte tc;
while ((tc = bin.peekByte()) == TC_RESET) {
bin.readByte();
handleReset();
}
depth++;
totalObjectRefs++;
try {
switch (tc) {
// null
case TC_NULL:
return readNull();
// 引用类型
case TC_REFERENCE:
// check the type of the existing object
return type.cast(readHandle(unshared));
// 类
case TC_CLASS:
if (type == String.class) {
throw new ClassCastException("Cannot cast a class to java.lang.String");
}
return readClass(unshared);
// 代理
case TC_CLASSDESC:
case TC_PROXYCLASSDESC:
if (type == String.class) {
throw new ClassCastException("Cannot cast a class to java.lang.String");
}
return readClassDesc(unshared);
case TC_STRING:
case TC_LONGSTRING:
return checkResolve(readString(unshared));
// 数组
case TC_ARRAY:
if (type == String.class) {
throw new ClassCastException("Cannot cast an array to java.lang.String");
}
return checkResolve(readArray(unshared));
// 枚举
case TC_ENUM:
if (type == String.class) {
throw new ClassCastException("Cannot cast an enum to java.lang.String");
}
return checkResolve(readEnum(unshared));
// 对象
case TC_OBJECT:
if (type == String.class) {
throw new ClassCastException("Cannot cast an object to java.lang.String");
}
return checkResolve(readOrdinaryObject(unshared));
// 异常
case TC_EXCEPTION:
if (type == String.class) {
throw new ClassCastException("Cannot cast an exception to java.lang.String");
}
IOException ex = readFatalException();
throw new WriteAbortedException("writing aborted", ex);
case TC_BLOCKDATA:
case TC_BLOCKDATALONG:
if (oldMode) {
bin.setBlockDataMode(true);
bin.peek(); // force header read
throw new OptionalDataException(
bin.currentBlockRemaining());
} else {
throw new StreamCorruptedException(
"unexpected block data");
}
case TC_ENDBLOCKDATA:
if (oldMode) {
throw new OptionalDataException(true);
} else {
throw new StreamCorruptedException(
"unexpected end of block data");
}
default:
throw new StreamCorruptedException(
String.format("invalid type code: %02X", tc));
}
} finally {
depth--;
bin.setBlockDataMode(oldMode);
}
} 可以看到处理对象的时候，调用了readOrdinaryObject()方法,好家伙来了：
private Object readOrdinaryObject(boolean unshared)
throws IOException
{
if (bin.readByte() != TC_OBJECT) {
throw new InternalError();
}
ObjectStreamClass desc = readClassDesc(false);
desc.checkDeserialize();
Class<?> cl = desc.forClass();
if (cl == String.class || cl == Class.class
|| cl == ObjectStreamClass.class) {
throw new InvalidClassException("invalid class descriptor");
}
Object obj;
try {
// 反射
obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null;
} catch (Exception ex) {
throw (IOException) new InvalidClassException(
desc.forClass().getName(),
"unable to create instance").initCause(ex);
}
passHandle = handles.assign(unshared ? unsharedMarker : obj);
ClassNotFoundException resolveEx = desc.getResolveException();
if (resolveEx != null) {
handles.markException(passHandle, resolveEx);
}
if (desc.isExternalizable()) {
readExternalData((Externalizable) obj, desc);
} else {
readSerialData(obj, desc);
}
handles.finish(passHandle);
// 如果实现了hasReadResolveMethod（）方法
if (obj != null &&
handles.lookupException(passHandle) == null &&
desc.hasReadResolveMethod())
{
// 执行hasReadResolveMethod（）方法
Object rep = desc.invokeReadResolve(obj);
if (unshared && rep.getClass().isArray()) {
rep = cloneArray(rep);
}
if (rep != obj) {
// Filter the replacement object
if (rep != null) {
if (rep.getClass().isArray()) {
filterCheck(rep.getClass(), Array.getLength(rep));
} else {
filterCheck(rep.getClass(), -1);
}
}
handles.setObject(passHandle, obj = rep);
}
}
return obj;
} 从上面的diamante可以看出，底层是通过反射来实现序列化的，那我们如果不希望它进行反射怎么办？然后可以看到反射之后，其实有一个查找readResolveMethod()方法有关，如果有实现readResolveMethod()，那就直接调用该方法返回结果，而不是返回反射调用之后的结果。这样虽然反射了，但是不起作用。
那要是我们重写readResolveMethod()方法，就可以直接返回我们的对象，而不是返回反射之后的对象了。
试试？
我们将单例模式改造成为这样：
import java.io.Serializable;
public class Singleton implements Serializable,Cloneable {
private static int num = 0;
private volatile static Singleton singleton;
private Singleton() {
synchronized (Singleton.class) {
if (num == 0) {
num++;
} else {
throw new RuntimeException("Don't use this method");
}
}
}
public static Singleton getSingleton() {
if (singleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
@Override
protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
return super.clone();
}
// 阻止反序列反射生成对象
private Object readResolve() {
return singleton;
}
} 测试代码不变，结果如下，事实证明确实是这样，反序列化不会重新反射对象了，一直是同一个对象，问题完美解决了。
2055281021 2055281021
3. 小结
一个稍微完美的单例，是不会让别人调用构造器的，但是private的构造器，并不能完全阻止对单例的破坏，如果使用反射还是可以非法调用到构造器，因为我们需要一个次数，构造器如果调用次数过多，那么就直接报错。
但是有时候我们希望留个小后门，所以我们大部分时候不可以破坏单例模式。通过实现cloneable的方式，重写了clone()方法，就可以做到，生成不同的对象。
序列化和clone()，有点像，都是主动提供破坏的方法，但是很多时候不得已提供序列化接口，却不想被破坏，这个时候可以通过重写readResolve()方法，直接返回对象，不返回反射生成的对象，保护了单例模式不被破坏。
京公网安备 11010502036488号