两种破坏单例模式的场景及如何防止的代码演示（6）

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• 破坏单例模式两种场景
• 序列化反序列化方式破坏单例模式演示
• 反射方式破坏单例模式演示
• 如何解决破坏单例的问题
• 序列化、反序列方式破坏单例模式的解决方法
• 反射方式破解单例的解决方法
• JDK源码解析-Runtime类
• 使用Runtime类中的方法

前面我们演示了单例模式的多种Java代码的实现方式，虽然看上去完美无缺的，但是其实还是存在一定的问题的，在某些场景下，可以破坏单例模式，从而创建出来多个实例。接下来，我们一起看下破坏
单例模式的两个场景，以及每个场景我们应该如何预防被破坏。

破坏单例模式两种场景

使上面定义的单例类（Singleton）可以创建多个对象，枚举方式除外。有两种方式，分别是序列化和反射。

序列化反序列化方式破坏单例模式演示

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;
    }
}

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。

反射方式破坏单例模式演示

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：枚举方式实现的单例模式不会出现这两个问题。

如何解决破坏单例的问题

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;
}

反射方式破解单例的解决方法

public class Singleton {
​
    //私有构造方法
    private Singleton() {
        /*
           反射破解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。

JDK源码解析-Runtime类

Runtime类就是使用的单例设计模式。

通过源代码查看使用的是哪种单例模式

public class Runtime {
    private static Runtime currentRuntime = new Runtime();
​
    /**
     * Returns the runtime object associated with the current Java application.
     * Most of the methods of class <code>Runtime</code> are instance
     * methods and must be invoked with respect to the current runtime object.
     *
     * @return  the <code>Runtime</code> object associated with the current
     *          Java application.
     */
    public static Runtime getRuntime() {
        return currentRuntime;
    }
​
    /** Don't let anyone else instantiate this class */
    private Runtime() {}
    ...
}

从上面源代码中可以看出Runtime类使用的是恶汉式（静态属性）方式来实现单例模式的。

使用Runtime类中的方法

public class RuntimeDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //获取Runtime类对象
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
​
        //返回 Java 虚拟机中的内存总量。
        System.out.println(runtime.totalMemory());
        //返回 Java 虚拟机试图使用的最大内存量。
        System.out.println(runtime.maxMemory());
​
        //创建一个新的进程执行指定的字符串命令，返回进程对象
        Process process = runtime.exec("ipconfig");
        //获取命令执行后的结果，通过输入流获取
        InputStream inputStream = process.getInputStream();
        byte[] arr = new byte[1024 * 1024* 100];
        int b = inputStream.read(arr);
        System.out.println(new String(arr,0,b,"gbk"));
    }
}

归属教程 Java 23种设计模式详解黑马版在线教程汇总（图解+框架源码分析+实战）

文章目录 前言 第一章：设计模式相关内容介绍 第二章：创建者模式（5种） 第三章：结构型模式（7种） 第四章： […]