如何防止单例模式被JAVA反射攻击

单例模式相信大家都知道，用过的人不在少数。之前写过一篇博文《singleton模式四种线程安全的实现》，讲诉了单例模式的四种写法，并指出占位符模式的写法比较ok，详见如下：

package com.effective.singleton;
 
public class Elvis
{
    private static boolean flag = false;
 
    private Elvis(){
    }
 
    private  static class SingletonHolder{
        private static final Elvis INSTANCE = new Elvis();
    }
 
    public static Elvis getInstance()
    {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
 
    public void doSomethingElse()
    {
 
    }
}

但这都是基于一个条件：确保不会通过反射机制调用私有的构造器。

这里举个例子，通过JAVA的反射机制来“攻击”单例模式：

package com.effective.singleton;
 
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
 
public class ElvisReflectAttack
{
 
    public static void main(String[] args) throws InstantiationException, IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException, NoSuchMethodException, SecurityException
    {
        Class<?> classType = Elvis.class;
 
        Constructor<?> c = classType.getDeclaredConstructor(null);
        c.setAccessible(true);
        Elvis e1 = (Elvis)c.newInstance();
        Elvis e2 = Elvis.getInstance();
        System.out.println(e1==e2);
    }
 
}

运行结果：false

可以看到，通过反射获取构造函数，然后调用setAccessible(true)就可以调用私有的构造函数，所有e1和e2是两个不同的对象。

如果要抵御这种攻击，可以修改构造器，让它在被要求创建第二个实例的时候抛出异常。

经修改后：

package com.effective.singleton;
 
public class ElvisModified
{
    private static boolean flag = false;
 
    private ElvisModified(){
        synchronized(ElvisModified.class)
        {
            if(flag == false)
            {
                flag = !flag;
            }
            else
            {
                throw new RuntimeException("单例模式被侵犯！");
            }
        }
    }
 
    private  static class SingletonHolder{
        private static final ElvisModified INSTANCE = new ElvisModified();
    }
 
    public static ElvisModified getInstance()
    {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
 
    public void doSomethingElse()
    {
 
    }
}

测试代码：

package com.effective.singleton;
 
import java.lang.reflect.Constructor;
 
public class ElvisModifiedReflectAttack
{
 
    public static void main(String[] args)
    {
        try
        {
            Class<ElvisModified> classType = ElvisModified.class;
 
            Constructor<ElvisModified> c = classType.getDeclaredConstructor(null);
            c.setAccessible(true);
            ElvisModified e1 = (ElvisModified)c.newInstance();
            ElvisModified e2 = ElvisModified.getInstance();
            System.out.println(e1==e2);
        }
        catch (Exception e)
        {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.ExceptionInInitializerError
    at com.effective.singleton.ElvisModified.getInstance(ElvisModified.java:27)
    at com.effective.singleton.ElvisModifiedReflectAttack.main(ElvisModifiedReflectAttack.java:17)
Caused by: java.lang.RuntimeException: 单例模式被侵犯！
    at com.effective.singleton.ElvisModified.<init>(ElvisModified.java:16)
    at com.effective.singleton.ElvisModified.<init>(ElvisModified.java:7)
    at com.effective.singleton.ElvisModified$SingletonHolder.<clinit>(ElvisModified.java:22)
    ... 2 more

可以看到，成功的阻止了单例模式被破坏。

从JDK1.5开始，实现Singleton还有新的写法，只需编写一个包含单个元素的枚举类型。推荐写法：

package com.effective.singleton;
 
public enum SingletonClass
{
    INSTANCE;
 
    public void test()
    {
        System.out.println("The Test!");
    }
}

测试代码：

package com.effective;
 
import java.lang.reflect.Constructor;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
 
import com.effective.singleton.SingletonClass;
 
public class TestMain
{
 
    public static void main(String[] args) throws NoSuchMethodException, SecurityException, InstantiationException, IllegalAccessException, IllegalArgumentException, InvocationTargetException
    {
        Class<SingletonClass> classType = SingletonClass.class;
        Constructor<SingletonClass> c = (Constructor<SingletonClass>) classType.getDeclaredConstructor();
        c.setAccessible(true);
        c.newInstance();
    }
}

运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.NoSuchMethodException: com.effective.singleton.SingletonClass.<init>()
    at java.lang.Class.getConstructor0(Unknown Source)
    at java.lang.Class.getDeclaredConstructor(Unknown Source)
    at com.effective.TestMain.main(TestMain.java:22)

由此可见这种写法也可以防止单例模式被“攻击”。

而且这种写法也可以防止序列化破坏单例模式，具体不在举例了，有关序列化以及单例模式被序列化破坏可以参考博文《JAVA序列化》（链接：http://blog.csdn.net/u013256816/article/details/50474678）。

单元素的枚举类型已经成为实现Singleton模式的最佳方法。

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