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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; }}
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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()); }
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运行的结果如下：
69240403615548745021846274136
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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; }}
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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());
}}
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运行结果：
6924040366924040361554874502
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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; }}
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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
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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(); }}
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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()); }}
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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; }}
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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()); }}
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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：
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); }
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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(); } } }
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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); } }
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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; }
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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; }}
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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。
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。
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