序列化和反序列化的對(duì)單例破壞的防止及其原理

首先我們來看一下序列化和反序列化是怎么破壞單例的??创a

public class HungrySingleton implements Serializable{

    private final static HungrySingleton hungrySingleton;

    static{
        hungrySingleton = new HungrySingleton();
    }
    private HungrySingleton(){
        if(hungrySingleton != null){
            throw new RuntimeException("單例構(gòu)造器禁止反射調(diào)用");
        }
    }
    public static HungrySingleton getInstance(){
        return hungrySingleton;
    }
}

這里我們使用之前的餓漢式的單例作為例子。在之前餓漢式的代碼上做點(diǎn)小改動(dòng)。就是讓我們的單例類實(shí)現(xiàn) Serializable接口。然后我們?cè)跍y(cè)試類中測(cè)試一下怎么破壞。

public class SingletonTest {
    public static void main(String[] args) throws IOException, ClassNotFoundException {
        HungrySingleton instance = HungrySingleton.getInstance();

        ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("singleton_file"));
        oos.writeObject(instance);

        File file = new File("singleton_file");
        ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(new FileInputStream(file));
        HungrySingleton newInstance = (HungrySingleton) ois.readObject();

        System.out.println(instance == newInstance;
        
    }
    
}

這里首先我們使用正常的方式來獲取一個(gè)對(duì)象。通過序列化將對(duì)象寫入文件中,然后我們通過反序列化的到一個(gè)對(duì)象,我們?cè)賹?duì)比這個(gè)對(duì)象,輸出的內(nèi)存地址和布爾結(jié)果都表示這不是同一個(gè)對(duì)象。也就說我們通過使用序列化和反序列化破壞了這個(gè)單例,那我們?cè)撊绾畏乐文兀糠乐纹饋砗芎?jiǎn)單,只需要在單例類中添加一個(gè)readResolve方法,下面看代碼:

public class HungrySingleton implements Serializable,Cloneable{

    private final static HungrySingleton hungrySingleton;

    static{
        hungrySingleton = new HungrySingleton();
    }
    public static HungrySingleton getInstance(){
        return hungrySingleton;
    }

    private Object readResolve(){
        return hungrySingleton;
    }
}

此時(shí)我們?cè)偻ㄟ^測(cè)試類進(jìn)行測(cè)試即可發(fā)現(xiàn)我們通過序列化和反序列化得到的還是同一個(gè)對(duì)象。那么為什么添加一個(gè)這個(gè)方法就可以防止呢?下我們跟進(jìn)去看看為什么

首先這個(gè)readResolve方法不是object里面的方法。我們進(jìn)我們的測(cè)試類中去看看這行中的HungrySingleton newInstance = (HungrySingleton) ois.readObject()中的 readObject()的實(shí)現(xiàn)。我們只把關(guān)鍵代碼貼出來。

    public final Object readObject()
        throws IOException, ClassNotFoundException
    {
        if (enableOverride) {
            return readObjectOverride();
        }

        // if nested read, passHandle contains handle of enclosing object
        int outerHandle = passHandle;
        try {
            Object obj = readObject0(false);
            handles.markDependency(outerHandle, passHandle);
            ClassNotFoundException ex = handles.lookupException(passHandle);
            if (ex != null) {
                throw ex;
            }
            if (depth == 0) {
                vlist.doCallbacks();
            }
            return obj;

我們重點(diǎn)來看一下 Object obj = readObject0(false)這一行這里調(diào)用了一個(gè)readObject0方法,我們?cè)偕钊肟匆幌逻@個(gè)readObject0方法的實(shí)現(xiàn)。

    /**
     * Underlying readObject implementation.
     */
    private Object readObject0(boolean unshared) throws IOException {
  
    ....  
    
    //各種判斷邏輯我們暫時(shí)不管
    
    switch (tc) {
                 switch (tc) {
                case TC_NULL:
                    return readNull();

                case TC_REFERENCE:
                    return readHandle(unshared);

                case TC_CLASS:
                    return readClass(unshared);

                case TC_CLASSDESC:
                case TC_PROXYCLASSDESC:
                    return readClassDesc(unshared);

                case TC_STRING:
                case TC_LONGSTRING:
                    return checkResolve(readString(unshared));

                case TC_ARRAY:
                    return checkResolve(readArray(unshared));

                case TC_ENUM:
                    return checkResolve(readEnum(unshared));

                case TC_OBJECT:
                    return checkResolve(readOrdinaryObject(unshared));

                case TC_EXCEPTION:
                    IOException ex = readFatalException();
                    throw new WriteAbortedException("writing aborted", ex);

                case TC_BLOCKDATA:
                case TC_BLOCKDATALONG:
                 }
            ....     
    
    }

我們看這個(gè) case TC_OBJECT: 也就是判斷為object之后的代碼,checkResolve(readOrdinaryObject(unshared))這行先是調(diào)用了readOrdinaryObject()方法,然后將方法的返回值返回給checkResolve方法,我們先查看一下readOrdinaryObject()方法。

     /**
     * Reads and returns "ordinary" (i.e., not a String, Class,
     * ObjectStreamClass, array, or enum constant) object, or null if object's
     * class is unresolvable (in which case a ClassNotFoundException will be
     * associated with object's handle).  Sets passHandle to object's assigned
     * handle.
     */
    private Object readOrdinaryObject(boolean unshared){
        
        .....
        //各種判斷校驗(yàn)
        
         Object obj;
        try {
            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);
        }
        
        .....
        
        
            return obj;
    }

我們看一下 obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null這一行中的obj對(duì)象是干嘛用的 我們往下翻在這個(gè)方法的最后將這個(gè)obj返回出去了。我們又回頭看這個(gè)這一行obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null 這個(gè)進(jìn)行判斷如果 obj==desc.isInstantiable()就返回一個(gè)新的對(duì)象,否則返回空,代碼看到這里好像有點(diǎn)眉目,我再看看isInstantiable這個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)。

 /**
     * Returns true if represented class is serializable/externalizable and can
     * be instantiated by the serialization runtime--i.e., if it is
     * externalizable and defines a public no-arg constructor, or if it is
     * non-externalizable and its first non-serializable superclass defines an
     * accessible no-arg constructor.  Otherwise, returns false.
     */
    boolean isInstantiable() {
        requireInitialized();
        return (cons != null);
    }

isInstantiable方法實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單,這里的cons是什么呢?我們繼續(xù)看

 /** serialization-appropriate constructor, or null if none */
    private Constructor<?> cons;

cons是構(gòu)造器這里是通過反射獲取的對(duì)象,光看著一行代碼我們好像并不能看出啥東西,這時(shí)候我們看一下這一行代碼的注釋。 翻譯過來的話就是:

如果表示的類是serializable/externalizable并且可以由序列化運(yùn)行時(shí)實(shí)例化,則返回true - 如果它是可外部化的并且定義了公共的無參數(shù)構(gòu)造函數(shù),或者它是不可外化的,并且它的第一個(gè)非可序列化的超類定義了可訪問的無參數(shù)構(gòu)造函數(shù)。否則,返回false。

externalizable這個(gè)類是serializable的一個(gè)子類用于制定序列化,比如自定義某個(gè)屬性的序列化,用的比較少。
好,我們的單例實(shí)現(xiàn)了serializable接口所以這里返回的是true,那么回到我們之前看看到的那里,也就是這里obj = desc.isInstantiable() ? desc.newInstance() : null 此時(shí)返回的就是一個(gè)newInstance是通過反射拿到的對(duì)象,既然是反射拿到的對(duì)象自然是一個(gè)新的對(duì)象,看到這里我們算弄明白了為什么序列化獲取的是一個(gè)新的對(duì)象。不過到這里還是沒有得到我們想要的知道的為什么寫了一個(gè)readResolve方法就可以解決反序列化得到的不是同一個(gè)對(duì)象的問題,那么我們繼續(xù)往下看ObjectInputSteam這個(gè)類

 if (obj != null &&
            handles.lookupException(passHandle) == null &&
            desc.hasReadResolveMethod())
        {
            Object rep = desc.invokeReadResolve(obj);
            if (unshared && rep.getClass().isArray()) {
                rep = cloneArray(rep);
            }

看到這里,這里對(duì)obj進(jìn)行了一次空判斷,這里我們剛分析了obj不會(huì)為空,看這里desc.hasReadResolveMethod()從命名我們可以看出這個(gè)判斷是判斷否包含readResolve這個(gè)方法。我們?cè)冱c(diǎn)進(jìn)去看看這個(gè)的實(shí)現(xiàn)

    /**
     * Returns true if represented class is serializable or externalizable and
     * defines a conformant readResolve method.  Otherwise, returns false.
     */
    boolean hasReadResolveMethod() {
        requireInitialized();
        return (readResolveMethod != null);
    }

這里依舊是看代碼沒啥看的,我們看看注釋,符合我們的猜測(cè),也就是說這個(gè)

if (obj != null &&
            handles.lookupException(passHandle) == null &&
            desc.hasReadResolveMethod())

判斷結(jié)果為true那么我們?cè)倏纯催@個(gè)desc.invokeReadResolve(obj)的實(shí)現(xiàn)

/**
     * Invokes the readResolve method of the represented serializable class and
     * returns the result.  Throws UnsupportedOperationException if this class
     * descriptor is not associated with a class, or if the class is
     * non-serializable or does not define readResolve.
     */
    Object invokeReadResolve(Object obj)
        throws IOException, UnsupportedOperationException
    {
        requireInitialized();
        if (readResolveMethod != null) {
            try {
                return readResolveMethod.invoke(obj, (Object[]) null);
            } catch (InvocationTargetException ex) {
                Throwable th = ex.getTargetException();
                if (th instanceof ObjectStreamException) {
                    throw (ObjectStreamException) th;
                } else {
                    throwMiscException(th);
                    throw new InternalError(th);  // never reached
                }
            } catch (IllegalAccessException ex) {
                // should not occur, as access checks have been suppressed
                throw new InternalError(ex);
            }
        } else {
            throw new UnsupportedOperationException();
        }
    }

這里我們看方法名的也能猜測(cè)這是使用了反射來調(diào)用,看這一行 return readResolveMethod.invoke(obj, (Object[]) null) 使用了反射來調(diào)用readResolveMethod方法??墒悄憧赡軙?huì)問了 也沒看到用readResolveMethod這個(gè)方法啊,我對(duì)這個(gè)類進(jìn)行搜索一下 readResolve

/**
     * Creates local class descriptor representing given class.
     */
    private ObjectStreamClass(final Class<?> cl) {
    
    .....
    
    
    
   domains = getProtectionDomains(cons, cl);
        writeReplaceMethod = getInheritableMethod(
            cl, "writeReplace", null, Object.class);
        readResolveMethod = getInheritableMethod(
            cl, "readResolve", null, Object.class);
        return null;
    
    ....    

在這里可以看到是獲取了readResolve這個(gè)方法。這樣就算解決了我們最初的疑問了。同學(xué)們可以根據(jù)我說的源碼在相應(yīng)的地方打斷點(diǎn)看看。

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