前言
單例模式應(yīng)該算是 23 種設(shè)計(jì)模式中，最常見(jiàn)最容易考察的知識(shí)點(diǎn)了。經(jīng)常會(huì)有面試官讓手寫(xiě)單例模式，別到時(shí)候傻乎乎的說(shuō)我不會(huì)。
之前，我有介紹過(guò)單例模式的幾種常見(jiàn)寫(xiě)法。還不知道的，傳送門(mén)看這里：
本篇文章將展開(kāi)一些不太容易想到的問(wèn)題。帶著你思考一下，傳統(tǒng)的單例模式有哪些問(wèn)題，并給出解決方案。讓面試官眼中一亮，心道，小伙子有點(diǎn)東西??！
以下，以 DCL 單例模式為例。
DCL 單例模式
DCL 就是 Double Check Lock 的縮寫(xiě)，即雙重檢查的同步鎖。代碼如下，
public class Singleton {
//注意，此變量需要用volatile修飾以防止指令重排序
private static volatile Singleton singleton = null;
private Singleton(){
}
public static Singleton getInstance(){
//進(jìn)入方法內(nèi)，先判斷實(shí)例是否為空，以確定是否需要進(jìn)入同步代碼塊
if(singleton == null){
synchronized (Singleton.class){
//進(jìn)入同步代碼塊時(shí)再次判斷實(shí)例是否為空
if(singleton == null){
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}
乍看，以上的寫(xiě)法沒(méi)有什么問(wèn)題，而且我們確實(shí)也經(jīng)常這樣寫(xiě)。
但是，問(wèn)題來(lái)了。
DCL 單例一定能確保線程安全嗎？
有的小伙伴就會(huì)說(shuō)，你這不是廢話么，大家不都這樣寫(xiě)么，肯定是線程安全的啊。
確實(shí)，在正常情況，我可以保證調(diào)用 getInstance 方法兩次，拿到的是同一個(gè)對(duì)象。
但是，我們知道 Java 中有個(gè)很強(qiáng)大的功能——反射。對(duì)的，沒(méi)錯(cuò)，就是他。
通過(guò)反射，我就可以破壞單例模式，從而調(diào)用它的構(gòu)造函數(shù)，來(lái)創(chuàng)建不同的對(duì)象。
public class TestDCL {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
System.out.println(singleton1.hashCode()); // 723074861
Class<Singleton> clazz = Singleton.class;
Constructor<Singleton> ctr = clazz.getDeclaredConstructor();
//通過(guò)反射拿到無(wú)參構(gòu)造，設(shè)為可訪問(wèn)
ctr.setAccessible(true);
Singleton singleton2 = ctr.newInstance();
System.out.println(singleton2.hashCode()); // 895328852
}
}
我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)反射就可以直接調(diào)用無(wú)參構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建對(duì)象。我管你構(gòu)造器是不是私有的，反射之下沒(méi)有隱私。
打印出的 hashCode 不同，說(shuō)明了這是兩個(gè)不同的對(duì)象。
那怎么防止反射破壞單例呢？
很簡(jiǎn)單，既然你想通過(guò)無(wú)參構(gòu)造來(lái)創(chuàng)建對(duì)象，那我就在構(gòu)造函數(shù)里多判斷一次。如果單例對(duì)象已經(jīng)創(chuàng)建好了，我就直接拋出異常，不讓你創(chuàng)建就可以了。
修改構(gòu)造函數(shù)如下，
再次運(yùn)行測(cè)試代碼，就會(huì)拋出異常。
有效的阻止了通過(guò)反射去創(chuàng)建對(duì)象。
那么，這樣寫(xiě)單例就沒(méi)問(wèn)題了嗎？
這時(shí)，機(jī)靈的小伙伴肯定就會(huì)說(shuō)，既然問(wèn)了，那就是有問(wèn)題（可真是個(gè)小機(jī)靈鬼）。
但是，是有什么問(wèn)題呢？
我們知道，對(duì)象還可以進(jìn)行序列化反序列化。那如果我把單例對(duì)象序列化，再反序列化之后的對(duì)象，還是不是之前的單例對(duì)象呢？
實(shí)踐出真知，我們測(cè)試一下就知道了。
// 給 Singleton 添加序列化的標(biāo)志，表明可以序列化
public class Singleton implements Serializable{
... //省略不重要代碼
}
//測(cè)試是否返回同一個(gè)對(duì)象
public class TestDCL {
public static void main(String[] args) throws Exception {
Singleton singleton1 = Singleton.getInstance();
System.out.println(singleton1.hashCode()); // 723074861
//通過(guò)序列化對(duì)象，再反序列化得到新對(duì)象
String filePath = "D:\\singleton.txt";
saveToFile(singleton1,filePath);
Singleton singleton2 = getFromFile(filePath);
System.out.println(singleton2.hashCode()); // 1259475182
}
//將對(duì)象寫(xiě)入到文件
private static void saveToFile(Singleton singleton, String fileName){
try {
FileOutputStream fos = new FileOutputStream(fileName);
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fos);
oos.writeObject(singleton); //將對(duì)象寫(xiě)入oos
oos.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
//從文件中讀取對(duì)象
private static Singleton getFromFile(String fileName){
try {
FileInputStream fis = new FileInputStream(fileName);
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fis);
return (Singleton) ois.readObject();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
}
可以發(fā)現(xiàn)，我把單例對(duì)象序列化之后，再反序列化之后得到的對(duì)象，和之前已經(jīng)不是同一個(gè)對(duì)象了。因此，就破壞了單例。
那怎么解決這個(gè)問(wèn)題呢？
我先說(shuō)解決方案，一會(huì)兒解釋為什么這樣做可以。
很簡(jiǎn)單，在單例類中添加一個(gè)方法 readResolve 就可以了，方法體中讓它返回我們創(chuàng)建的單例對(duì)象。
然后再次運(yùn)行測(cè)試類會(huì)發(fā)現(xiàn)，打印出來(lái)的 hashCode 碼一樣。
是不是很神奇。。。
readResolve 為什么可以解決序列化破壞單例的問(wèn)題？
我們通過(guò)查看源碼中一些關(guān)鍵的步驟，就可以解決心中的疑惑。
我們思考一下，序列化和反序列化的過(guò)程中，哪個(gè)流程最有可能有操作空間。
首先，序列化時(shí)，就是把對(duì)象轉(zhuǎn)為二進(jìn)制存在 ``ObjectOutputStream` 流中。這里，貌似好像沒(méi)有什么特殊的地方。
其次，那就只能看反序列化了。反序列化時(shí)，需要從 ObjectInputStream 對(duì)象中讀取對(duì)象，正常讀出來(lái)的對(duì)象是一個(gè)新的不同的對(duì)象，為什么這次就能讀出一個(gè)相同的對(duì)象呢，我猜這里會(huì)不會(huì)有什么貓膩？
應(yīng)該是有可能的。所以，來(lái)到我們寫(xiě)的方法 getFromFile中，找到這一行ois.readObject()。它就是從流中讀取對(duì)象的方法。
點(diǎn)進(jìn)去，查看 ObjectInputStream.readObject 方法，然后找到 readObject0()方法
再點(diǎn)進(jìn)去，我們發(fā)現(xiàn)有一個(gè) switch 判斷，找到 TC_OBJECT 分支。它是用來(lái)處理對(duì)象類型。
然后看到有一個(gè) readOrdinaryObject方法，點(diǎn)進(jìn)去。
然后找到這一行，isInstantiable() 方法，用來(lái)判斷對(duì)象是否可實(shí)例化。
由于 cons 構(gòu)造函數(shù)不為空，所以這個(gè)方法返回 true。因此構(gòu)造出來(lái)一個(gè) 非空的 obj 對(duì)象 。
再往下走，調(diào)用，hasReadResolveMethod 方法去判斷變量 readResolveMethod是否為非空。
我們?nèi)タ匆幌逻@個(gè)變量，在哪里有沒(méi)有賦值。會(huì)發(fā)現(xiàn)有這樣一段代碼，
點(diǎn)進(jìn)去這個(gè)方法 getInheritableMethod。發(fā)現(xiàn)它最后就是為了返回我們添加的readResolve 方法。
同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，這個(gè)方法的修飾符可以是 public , protected 或者 private（我們當(dāng)前用的就是private）。但是，不允許使用 static 和 abstract 修飾。
再次回到 readOrdinaryObject方法，繼續(xù)往下走，會(huì)發(fā)現(xiàn)調(diào)用了 invokeReadResolve 方法。此方法，是通過(guò)反射調(diào)用 readResolve方法，得到了 rep 對(duì)象。
然后，判斷 rep 是否和 obj 相等 。 obj 是剛才我們通過(guò)構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建出來(lái)的新對(duì)象，而由于我們重寫(xiě)了 readResolve 方法，直接返回了單例對(duì)象，因此 rep 就是原來(lái)的單例對(duì)象，和 obj 不相等。
于是，把 rep 賦值給 obj ，然后返回 obj。
所以，最終得到這個(gè) obj 對(duì)象，就是我們?cè)瓉?lái)的單例對(duì)象。
至此，我們就明白了是怎么一回事。
一句話總結(jié)就是：當(dāng)從對(duì)象流 ObjectInputStream 中讀取對(duì)象時(shí)，會(huì)檢查對(duì)象的類否定義了 readResolve 方法。如果定義了，則調(diào)用它返回我們想指定的對(duì)象（這里就指定了返回單例對(duì)象）。
總結(jié)
因此，完整的 DCL 就可以這樣寫(xiě)，
public class Singleton implements Serializable {
//注意，此變量需要用volatile修飾以防止指令重排序
private static volatile Singleton singleton = null;
private Singleton(){
if(singleton != null){
throw new RuntimeException("Can not do this");
}
}
public static Singleton getInstance(){
//進(jìn)入方法內(nèi)，先判斷實(shí)例是否為空，以確定是否需要進(jìn)入同步代碼塊
if(singleton == null){
synchronized (Singleton.class){
//進(jìn)入同步代碼塊時(shí)再次判斷實(shí)例是否為空
if(singleton == null){
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
// 定義readResolve方法，防止反序列化返回不同的對(duì)象
private Object readResolve(){
return singleton;
}
}
另外，不知道細(xì)心的讀者有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，在看源碼中 switch 分支有一個(gè) case TC_ENUM 分支。這里，是對(duì)枚舉類型進(jìn)行的處理。
感興趣的小伙伴可以去研讀一下，最終的效果就是，我們通過(guò)枚舉去定義單例，就可以防止序列化破壞單例。
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