破坏单例模式--存在的问题---问题的解决

news2025/4/8 20:09:52

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破坏单例模式--存在的问题---问题的解决

 问题演示

破坏单例模式：

序列化

反射

序列化反序列化：

代码：

运行结果：

反射  

代码：

运行结果：

问题的解决

序列化、反序列方式破坏单例模式的解决方法

代码： 

运行结果：

反射方式破解单例的解决方法

代码：

运行结果：

JDK源码解析-Runtime类

Runtime类就是使用的单例设计模式。

破坏单例模式--存在的问题---问题的解决

  •  问题演示

    • 破坏单例模式：

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

  • 反射

  • 序列化反序列化：

    • 代码：

Singleton类：

package com.dong.demo;

import java.io.Serializable;

public class Singleton implements Serializable {
    public Singleton() {
    }
    private static class  singletonHolder{
        private static final Singleton INSTANCE=new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance(){
        return singletonHolder.INSTANCE;
    }
}

Client类：

package com.dong.demo;

import java.io.*;

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
       // writeObject2File();
        readObject1File();
        readObject1File();
    }

    //此文件读取数据（对象）
    public static void readObject1File() throws IOException, ClassNotFoundException {
        //创建文件输出流对象
        ObjectInputStream ois=new ObjectInputStream(new FileInputStream("D:\\蓝桥杯\\设计模式作业\\530\\a.txt"));
        //读取对象
        Singleton singleton = (Singleton) ois.readObject();

        System.out.println(singleton);

        //释放资源
        ois.close();
    }

    //从文件中写数据（对象）
    public static void writeObject2File() throws IOException {
        //获取Singleton对象
        Singleton singleton=Singleton.getInstance();
        //创建对象输出流对象
        ObjectOutputStream oos=new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("D:\\蓝桥杯\\设计模式作业\\530\\a.txt"));
        //写对象
        oos.writeObject(singleton);
        //释放资源
        oos.close();
    }
}

  • 运行结果：

两对象不一样，因此，序列化破坏了单例模式。

表明序列化和反序列化已经破坏了单例设计模式。

  • 序列化会破坏单例模式的原因是在反序列化的过程中，会通过构造器重新创建一个新的对象。反序列化的过程是将二进制数据解码为Java对象，这个过程会创建一个新的对象，并不会保留旧对象的状态。因此，如果使用序列化和反序列化来实现单例模式，就可能破坏单例模式的唯一性。
  • 在上述代码中，每次读取对象时都会创建一个新对象并返回，与最初创建的对象并不相同。具体原因是：在Singleton类中定义了私有的构造方法，使得无法在外部调用构造方法创建对象，而在内部通过静态内部类singletonHolder的方式创建Singleton的唯一实例，并将该实例赋值给静态final变量INSTANCE。但是，当通过反序列化的方式创建对象时，虚拟机会自动调用Singleton类的无参构造方法创建一个新的对象，从而导致创建了多个不同的实例，打破了Singleton模式的设计初衷。

  • 反射  

代码：

Singleton类：

package com.dong.demo002;

import java.io.Serializable;

public class Singleton implements Serializable {
    public Singleton() {
    }
    private static class  singletonHolder{
        private static final Singleton INSTANCE=new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance(){
        return singletonHolder.INSTANCE;
    }
}

Client类：  

package com.dong.demo002;

import java.io.*;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;

/**
 * 反射破坏单例模式
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
       //Singleton.class.getDeclaredConstructor().setAccessible(true);

        //获取Singleton的字节码对象
        Class singletonClass = Singleton.class;
        //获取无参构造方法对象
        Constructor cons = singletonClass.getDeclaredConstructor();
        //取消范文检查
        cons.setAccessible(true);
        //创建Singleton对象
        Singleton s1 = (Singleton) cons.newInstance();
        Singleton s2= (Singleton) cons.newInstance();

        System.out.println(s1==s2);
    }
}

运行结果：

上面代码运行结果是false，表明反射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。

问题的解决

  • 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。

代码： 

Singleton类：

package com.dong.demo001;

import java.io.Serializable;

public class Singleton implements Serializable {
    public Singleton() {
    }
    private static class  singletonHolder{
        private static final Singleton INSTANCE=new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance(){
        return singletonHolder.INSTANCE;
    }

    public  Object readResolve(){
        return singletonHolder.INSTANCE;
    }
}

Client类：【不变】

package com.dong.demo001;

import java.io.*;

public class Client {
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
       // writeObject2File();
        readObject1File();
        readObject1File();
    }

    //此文件读取数据（对象）
    public static void readObject1File() throws IOException, ClassNotFoundException {
        //创建文件输出流对象
        ObjectInputStream ois=new ObjectInputStream(new FileInputStream("D:\\蓝桥杯\\设计模式作业\\530\\a.txt"));
        //读取对象
        Singleton singleton = (Singleton) ois.readObject();

        System.out.println(singleton);

        //释放资源
        ois.close();
    }

    //从文件中写数据（对象）
    public static void writeObject2File() throws IOException {
        //获取Singleton对象
        Singleton singleton=Singleton.getInstance();
        //创建对象输出流对象
        ObjectOutputStream oos=new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("D:\\蓝桥杯\\设计模式作业\\530\\a.txt"));
        //写对象
        oos.writeObject(singleton);
        //释放资源
        oos.close();
    }
}

运行结果：

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

代码：

package com.dong.demo002;

import java.io.Serializable;

public class Singleton implements Serializable {
    private static boolean flag=false;
    public Singleton() {
        synchronized (Singleton.class) {
            if (flag) {
                throw new RuntimeException("不能创建多个对象！！！！！！");
            }
            flag = true;
        }
    }
    private static class  singletonHolder{
        private static final Singleton INSTANCE=new Singleton();
    }
    public static Singleton getInstance(){
        return singletonHolder.INSTANCE;
    }
}

package com.dong.demo002;

import java.io.*;
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;

/**
 * 反射破坏单例模式
 */
public class Client {
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, InvocationTargetException, InstantiationException, IllegalAccessException {
       //Singleton.class.getDeclaredConstructor().setAccessible(true);

        //获取Singleton的字节码对象
        Class singletonClass = Singleton.class;
        //获取无参构造方法对象
        Constructor cons = singletonClass.getDeclaredConstructor();
        //取消范文检查
        cons.setAccessible(true);
        //创建Singleton对象
        Singleton s1 = (Singleton) cons.newInstance();
        Singleton s2= (Singleton) cons.newInstance();

        System.out.println(s1==s2);
    }
}

运行结果：

 或：

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。

  1. 通过源代码查看使用的是哪儿种单例模式

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

2.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"));
    }
}

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