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使用 `readResolve` 防止序列化破坏单例模式

news 来源：原创 2025/5/15 4:30:00

单例模式是一种设计模式，其目的是确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。在 Java 中，我们常常通过私有化构造方法和提供静态访问方法来实现单例。然而，尽管这些手段可以有效防止类的实例化，反射和序列化依然能够破坏单例模式的唯一性。本文将重点讲解序列化如何破坏单例模式，以及如何通过 readResolve 方法来防止这种破坏。

1. 序列化和反序列化

序列化 是指将对象的状态转换为字节流，以便存储或传输；反序列化 则是将字节流恢复为对象的过程。

当一个单例对象被序列化并随后反序列化时，反序列化过程会创建一个新的对象。由于反序列化是通过从字节流恢复对象的属性状态，而不是通过调用构造方法，这导致反序列化后的对象与原始的单例实例不同。因此，反序列化过程实际上破坏了单例模式的约束。

2. 序列化如何破坏单例模式

假设我们有一个单例类如下：

import java.io.*;

public class Singleton implements Serializable {
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    private Singleton() {
        // 防止通过反射破解
        if (INSTANCE != null) {
            throw new RuntimeException("单例模式禁止反射调用！");
        }
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
}

现在让我们通过序列化和反序列化来测试这个单例类：

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Singleton instance1 = Singleton.getInstance();

        // 序列化对象
        ObjectOutputStream out = new ObjectOutputStream(new FileOutputStream("singleton.ser"));
        out.writeObject(instance1);
        out.close();

        // 反序列化对象
        ObjectInputStream in = new ObjectInputStream(new FileInputStream("singleton.ser"));
        Singleton instance2 = (Singleton) in.readObject();
        in.close();

        // 比较两个实例
        System.out.println(instance1 == instance2);  // 输出：false
    }
}

问题：反序列化出来的对象 instance2 与原单例对象 instance1 是不同的实例。这显然破坏了单例模式的唯一性。

3. 使用 `readResolve` 防止破坏

为了解决序列化对单例模式的破坏问题，Java 提供了 readResolve 方法。在反序列化时，如果类定义了 readResolve 方法，Java 会调用这个方法，并用该方法的返回值替换反序列化生成的新对象。这意味着我们可以通过 readResolve 返回已经存在的单例对象，从而防止反序列化创建新对象。

我们可以在 Singleton 类中添加 readResolve 方法：

private Object readResolve() {
    return INSTANCE;  // 返回当前已存在的单例实例
}

反序列化的执行流程：

反序列化时会创建一个新的对象。
在对象完全反序列化后，Java 会检查是否存在 readResolve 方法。如果有，则调用该方法。
该方法的返回值将替换反序列化生成的对象，从而确保仍然是同一个单例对象。

通过加入 readResolve 方法，程序的输出会变成：

System.out.println(instance1 == instance2);  // 输出：true

完整代码示例：

import java.io.*;

public class Singleton implements Serializable {
    private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();

    private Singleton() {
        if (INSTANCE != null) {
            throw new RuntimeException("单例模式禁止反射调用！");
        }
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return INSTANCE;
    }

    // readResolve 方法防止反序列化破坏单例
    private Object readResolve() {
        return INSTANCE;  // 返回当前已存在的单例实例
    }
}

4. 为什么 `readResolve` 有效

readResolve 能防止序列化破坏单例的根本原因在于它的特殊调用机制。Java 在反序列化完成后自动调用类中的 readResolve，允许我们返回一个已有的实例，从而避免生成新的对象。在单例模式中，我们可以让 readResolve 方法返回类的单例对象 INSTANCE，这样即使经历序列化和反序列化，最终得到的对象仍然是同一个单例实例。

5. 其他注意事项

防止反射破坏单例：尽管 readResolve 可以防止序列化破坏单例，但反射仍然能够通过调用私有构造方法来破坏单例。因此，建议在构造方法中添加逻辑，防止反射调用，如上文所示的 if (INSTANCE != null) 检查。
序列化破坏的影响：当系统中有需要频繁序列化与反序列化的单例对象时，务必要考虑使用 readResolve 来确保单例模式的完整性，否则可能会导致多个实例并存，破坏系统设计。

6. 总结

在 Java 的单例模式中，序列化和反序列化可能会破坏单例的唯一性，而通过 readResolve 方法可以有效防止反序列化生成新对象，从而维护单例模式的约束。使用 readResolve 可以确保反序列化时返回的是现有的单例实例，而不是新的对象。对于需要持久化的单例类来说，这是一个非常重要的防御措施。

确保你的单例模式在序列化和反射攻击下都具备防御机制，才能真正做到一个类的实例唯一。

⚠️：搞来搞去都不太行，要么被反射破坏、要么被序列化破坏，都得自己写代码进行解决，那么有什么可以直接用的单例模式的实现方式呢？还真有，JVM已经给我们准备好了：枚举实现序列化