如何构造一个安全的单例？-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了如何构造一个安全的单例？。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

为什么要问这个问题？

我们知道，单例是一种很常用的设计模式，主要作用就是节省系统资源，让对象在服务器中只有一份。但是实际开发中可能有很多人压根没有写过单例这种模式，只是看过或者为了面试去写写demo熟悉一下。那为啥说是一种常用的模式？
其实我们用的spring管理对象生命周期，用到默认的scope就是单例。这样的场景几乎每天都在用，所以我们不需要自己手写单例了。
那么为了面试，进大厂，是不是就要刷刷文章学习学习呢？当我们刷完单例的整体结构时，会发现还是很简单的嘛，无非就是懒汉、饿汉。饿汉上来就创建，没什么难的，懒汉可能会在创建的时候线程不安全，还要防止jvm在server模式下进行指令重排，加双层锁判断就ok啦！面试很简单嘛，照着文章中的背下来就行了。
但是，你有没有遇到面试官问你，如何构造一个安全的单例？注意，是安全的。
如果你没遇到，恭喜你，面试官不想为难你，或者他没把单例玩明白。如果你遇到了，很不幸，这个面试官是个注重细节的人，而且在给你挖坑。
当然，我觉得在面试的时候这么问单例的人，可能只有我。
刚刚说了，线程不安全加锁就解决了。但是，这里安全，可不只是是线程安全，光知道线程安全没什么特殊的，无非你准备过面试。那这里还有什么猫腻？
答案：

反射攻击，导致单例变成多例，不安全了
序列化、反序列化变成多例，不安全了

这两点，下面再说具体为什么和怎么解决。先说说，作为面试官的我为什么这么问？
首先，我知道现在存在很多刷题网站，说用过的人，并不一定真的用过，只是刷了题，我要筛出真正会的人，而不是刷过题的人。
其次，一个单例，考察的不是一个模式这么简单，如果回答出这两个答案的人，我会认为，他的java基础非常好，而且考虑问题非常全面和谨慎。怎么看出来的？
基础好：我们最常用的序列化方式恐怕就是json、xml、pb、hessian等协议，很少有人用java自带的字节流序列化。用字节流序列化只有一种情况，redis存储、消息报文投递、IO编程时考虑性能，还有可能对字节进行压缩。这个时候，如果你只是对Serializable接口有所了解，知道serialVersionUID就有一些浅了。如果你知道readResolve，那证明你对java序列化理解的很透彻。
考虑问题全面和谨慎：一般的人实现单例，只是满足功能就可以了，甚至不考虑懒汉的线程安全问题。如果你考虑反射攻击带来的危害，那你在做架构方案设计时，一定是很全面和谨慎的，你的方案也是可靠的。

反射攻击是什么？

如果不使用饿汉，不使用枚举做单例，那我们要么做静态内部类，要么做双重锁+volatile来保证线程安全。同时无论是饿汉还是懒汉，只要不用枚举，我们都需要做私有构造函数。如下：

//静态内部类实现方式
private Singleton(){} //不安全的点
public Singleton getInstance(){
	return Instance.INSTANCE;
}
private static class Instance{
	private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}

//双重锁实现方式
private static volatile Singleton instance = null;
private Singleton(){} //不安全的点
public Singleton getInstance(){
	if(instance == null){
		synchronized(Singleton.class){
			if(instance == null){
				instance = new Singleton();
			}
		}
	}
}

//饿汉实现方式
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
private Singleton(){} //不安全的点
public Singleton getInstance(){
	return INSTANCE;
}

上面的三种实现方式，注意私有构造函数（这里加了注释）是不安全的，本意是防止被调用者直接new Singleton()创建对象设置为私有，在一般情况下，这是没问题的。
但是用心良苦的人，可能会这么调用你：

for(int i=0;i<10000000;i++){
	Singleton.class.newInstance();//用反射绕过私有构造函数，直接创建对象
}

这个时候，你的业务是不是会Denial of service？
所以这很坑，但是你会说，我写的单例代码在java服务器内部，怎么会被人这么调用？这是不可能发生的！没错，这没问题。如果你的代码是开源的，你怎么知道那些内心黑暗的人会不会从某个http接口伪造什么东西来触发newInstance()？仔细想想，这两年有多少人被FastJSON坑的大晚上不能安心睡觉，要紧急升级代码？恐怕开发阿里爸爸FastJSON团队，也不想出现这样的状况。
所以我们要严谨！

private Singleton(){
	throw new IllegalStateException();
}

当然，这个时候是无法使用双重锁+volatile方式创建单例的，因为自身调用也会抛异常。所以直接用静态内部类方式解决问题。

//静态内部类实现方式
private Singleton(){
	if(Instance.INSTANCE!=null){
		throw new IllegalStateException();//这下安全了
	}
} 
public Singleton getInstance(){
	return Instance.INSTANCE;
}
private static class Instance{
	private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}

怎么构造一个单例,java,java,设计模式

序列化反序列化会怎样？

直接上代码

public class Singleton implements Serializable{
    private Singleton() {
        if (Instance.INSTANCE != null) {//这里我可是防止了反射攻击哦！
            throw new IllegalStateException();
        }
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return Instance.INSTANCE;
    }

    private static class Instance {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
        File file = new File("~/Desktop/Singleton.bin");
        Singleton singleton = Singleton.getInstance();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));
        oos.writeObject(singleton);
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
        Singleton singleton1 = (Singleton) ois.readObject();
        System.out.println(singleton == singleton1);
    }
}

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这时候，是不是又会Denial of service？
为啥会这样？其实很简单，只要实现Serializable接口的类对象，ObjectOutputStream会毫不犹豫的吐成字节，或者读回来，它才不管你是不是单例，当然它也不知道内存中有这么一个单例，直接在内存中创建对象了。
如何解决这个问题？

public class Singleton implements Serializable{
    private Singleton() {
        if (Instance.INSTANCE != null) {
            throw new IllegalStateException();
        }
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return Instance.INSTANCE;
    }
	//实现readResolve接口就ok了
    private Object readResolve() throws ObjectStreamException {
        return Instance.INSTANCE;
    }

    private static class Instance {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
        File file = new File("/Users/baodi/Desktop/Singleton.bin");
        Singleton singleton = Singleton.getInstance();
        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream(file));
        oos.writeObject(singleton);
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
        Singleton singleton1 = (Singleton) ois.readObject();
        System.out.println("源对象singleton == 反序列化对象 singleton1吗？"+(singleton == singleton1));
    }

实现readResolve，返回静态内部类的对象就可以了。
看看源码（我用的jdk1.8，1.6、1.7也一样）ObjectOutputStream.readObject()中会调用内部私有方法readObject0()，其中byte tc是把对象头读出来
怎么构造一个单例,java,java,设计模式
通过switch case(tc)判断对象的类型，这里我们用的是OBJECT类型，魔数为0x73

这时候，会调用内部私有的readOrdinaryObject()方法

这里就是调用我们重写的readResolve()方法啦！

这就是jdk的大佬们为提供的一个hook方法，我们可以用它保证序列化和反序列化的安全。
有人一定会说，你有病，序列化一个单例！不，我没病，只是你没用到过而已
有人也会说，用枚举不就屏蔽这些问题了吗？不，如果JDK1.6的情况下是不能把枚举当做单例对象玩的。