单例模式存在的问题以及解决方案

一时失言乱红尘 2021-07-24 15:44 609阅读 0赞

# 一 问题演示 #

## 1 破坏单例模式 ##

除枚举方式外，其它单例类（Singleton）可以创建多个对象。有两种方式可以破坏单例模式，分别是序列化和反射。

### 1.1 序列化反序列化 ###

**Singleton类：**

**Test类：**

public class Test { 
        public static void main(String[] args) throws Exception { 
            // 往文件中写对象
            // writeObject2File();
            // 从文件中读取对象
            Singleton s1 = readObjectFromFile();
            Singleton s2 = readObjectFromFile();
    
            // 判断两个反序列化后的对象是否是同一个对象
            System.out.println(s1 == s2);
        }
    
        private static Singleton readObjectFromFile() throws Exception { 
            // 创建对象输入流对象
            ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream("C:\\Users\\Think\\Desktop\\a.txt"));
            // 第一个读取Singleton对象
            Singleton instance = (Singleton) ois.readObject();
            return instance;
        }
    
        public static void writeObject2File() throws Exception { 
            // 获取Singleton类的对象
            Singleton instance = Singleton.getInstance();
            // 创建对象输出流
            ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("C:\\Users\\Think\\Desktop\\a.txt"));
            // 将instance对象写出到文件中
            oos.writeObject(instance);
        }
    }

> 上面代码运行结果是`false`，表明序列化和反序列化已经破坏了单例设计模式。

### 1.2 反射 ###

**Singleton类：**

public class Singleton { 
    
        // 私有构造方法
        private Singleton() { }
        
        private static volatile Singleton instance;
    
        // 对外提供静态方法获取该对象
        public static Singleton getInstance() { 
            if(instance != null) { 
                return instance;
            }
    
            synchronized (Singleton.class) { 
                if(instance != null) { 
                    return instance;
                }
                instance = new Singleton();
                return instance;
            }
        }
    }

**Test类：**

public class Test { 
        public static void main(String[] args) throws Exception { 
            // 获取Singleton类的字节码对象
            Class clazz = Singleton.class;
            // 获取Singleton类的私有无参构造方法对象
            Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor();
            // 取消访问检查
            constructor.setAccessible(true);
    
            // 创建Singleton类的对象s1
            Singleton s1 = (Singleton) constructor.newInstance();
            // 创建Singleton类的对象s2
            Singleton s2 = (Singleton) constructor.newInstance();
    
            // 判断通过反射创建的两个Singleton对象是否是同一个对象
            System.out.println(s1 == s2);
        }
    }

> 上面代码运行结果是`false`，表明序列化和反序列化已经破坏了单例设计模式

> 注意：枚举方式不会出现这两个问题。

# 二 问题的解决 #

## 1 序列化、反序列方式破坏单例模式的解决方法 ##

在Singleton类中添加`readResolve()`方法，在反序列化时被反射调用，如果定义了这个方法，就返回这个方法的值，如果没有定义，则返回新new出来的对象。

**Singleton类：**

public class Singleton implements Serializable { 
    
        // 私有构造方法
        private Singleton() { }
    
        private static class SingletonHolder { 
            private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
        }
    
        // 对外提供静态方法获取该对象
        public static Singleton getInstance() { 
            return SingletonHolder.INSTANCE;
        }
        
        /** * 下面是为了解决序列化反序列化破解单例模式 */
        private Object readResolve() { 
            return SingletonHolder.INSTANCE;
        }
    }

**源码解析：**

ObjectInputStream类

public final Object readObject() throws IOException, ClassNotFoundException{ 
        ...
        // if nested read, passHandle contains handle of enclosing object
        int outerHandle = passHandle;
        try { 
            Object obj = readObject0(false);//重点查看readObject0方法
        .....
    }
        
    private Object readObject0(boolean unshared) throws IOException { 
    	...
        try { 
    		switch (tc) { 
    			...
    			case TC_OBJECT:
    				return checkResolve(readOrdinaryObject(unshared));//重点查看readOrdinaryObject方法
    			...
            }
        } finally { 
            depth--;
            bin.setBlockDataMode(oldMode);
        }    
    }
        
    private Object readOrdinaryObject(boolean unshared) throws IOException { 
    	...
    	//isInstantiable 返回true，执行 desc.newInstance()，通过反射创建新的单例类，
        obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null; 
        ...
        // 在Singleton类中添加 readResolve 方法后 desc.hasReadResolveMethod() 方法执行结果为true
        if (obj != null && handles.lookupException(passHandle) == null && desc.hasReadResolveMethod()) { 
        	// 通过反射调用 Singleton 类中的 readResolve 方法，将返回值赋值给rep变量
        	// 这样多次调用ObjectInputStream类中的readObject方法，继而就会调用我们定义的readResolve方法，所以返回的是同一个对象。
        	Object rep = desc.invokeReadResolve(obj);
         	...
        }
        return obj;
    }

## 2 反射方式破坏单例模式的解决方法 ##

public class Singleton { 
    
        // 私有构造方法
        private Singleton() { 
            /* 反射破坏单例模式需要添加的代码 */
            if(instance != null) { 
                throw new RuntimeException();
            }
        }
        
        private static volatile Singleton instance;
    
        // 对外提供静态方法获取该对象
        public static Singleton getInstance() { 
            if(instance != null) { 
                return instance;
            }
    
            synchronized (Singleton.class) { 
                if(instance != null) { 
                    return instance;
                }
                instance = new Singleton();
                return instance;
            }
        }
    }

说明:

这种方式比较好理解。当通过反射方式调用构造方法进行创建创建时，直接抛异常。不运行此中操作。