java单例：如何通过反射停止创建实例

Question

我知道在Java中，我们可以通过new、clone()、Reflection和serializing and de-serializing创建类的实例

我创建了一个简单的类来实现一个单例

我需要停止所有创建我的类实例的方法

public class Singleton implements Serializable{
    private static final long serialVersionUID = 3119105548371608200L;
    private static final Singleton singleton = new Singleton();
    private Singleton() { }
    public static Singleton getInstance(){
        return singleton;
    }
    @Override
    protected Object clone() throws CloneNotSupportedException {
        throw new CloneNotSupportedException("Cloning of this class is not allowed"); 
    }
    protected Object readResolve() {
        return singleton;
    }
    //-----> This is my implementation to stop it but Its not working. :(
    public Object newInstance() throws InstantiationException {
        throw new InstantiationError( "Creating of this object is not allowed." );
    }
}

在这个类中，我通过new、clone()和serialization成功地停止了类实例，但是我无法通过反射来停止它

我创建对象的代码是

try {
    Class<Singleton> singletonClass = (Class<Singleton>) Class.forName("test.singleton.Singleton");
    Singleton singletonReflection = singletonClass.newInstance();
} catch (ClassNotFoundException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (InstantiationException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
    e.printStackTrace();
}

Answer 1

通过在私有构造函数中添加以下检查

private Singleton() {
    if( singleton != null ) {
        throw new InstantiationError( "Creating of this object is not allowed." );
    }
}

Answer 2

private Singleton() { 
    if (Singleton.singleton != null) {
        throw new RuntimeException("Can't instantiate singleton twice");
    }
}

您应该注意的另一件事是readResolve(..)方法，因为您的类实现了Serialiable。在那里，您应该返回现有实例

但是使用单例的最简单方法是通过枚举-您不必担心这些事情

Answer 3

作为单例的替代方案，您可以查看monostate pattern。然后，类的实例化不再是问题，您不必担心所列出的任何场景

在monostate模式中，类中的所有字段都是static。这意味着类的所有实例共享相同的状态，就像单例一样。此外，这一事实对呼叫者是透明的；他们不需要知道像getInstance这样的特殊方法，他们只是创建实例并使用它们

但是，就像单例一样，它是一种隐藏的全局状态；这是非常糟糕的

Answer 4

除了enum解决方案之外，所有其他解决方案都可以通过反射解决 以下是关于如何绕过Dave G解决方案的两个示例：

1：设置变量Singleton。单例到空值

Constructor<?>[] constructors = Singleton.class.getDeclaredConstructors();
Constructor theConstructor = constructors[0];
theConstructor.setAccessible(true);
Singleton instance1 = (Singleton) theConstructor.newInstance();

Singleton.getInstance();

Field f1 = Singleton.class.getDeclaredField("singleton");
f1.setAccessible(true);
f1.set(f1, null);
Singleton instance2 = (Singleton) theConstructor.newInstance();

System.out.println(instance1);
System.out.println(instance2);

输出：

• Singleton@17f6480
• Singleton@2d6e8792

2:不调用getInstance

Constructor<?>[] constructors = Singleton.class.getDeclaredConstructors();
Constructor theConstructor = constructors[0];
theConstructor.setAccessible(true);
Singleton instance1 = (Singleton) theConstructor.newInstance();
Singleton instance2 = (Singleton) theConstructor.newInstance();

System.out.println(instance1);
System.out.println(instance2);

输出：

• Singleton@17f6480
• Singleton@2d6e8792

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因此，如果您不想使用枚举，我可以想出两种方法：

第一个选项：使用securityManager:

它防止使用未经授权的操作（从类外部调用私有方法…）

因此，您只需要在其他答案提出的单例构造函数中添加一行

private Singleton() {
    if (singleton != null) {
        throw new IllegalStateException("Singleton already constructed");
    }
    System.setSecurityManager(new SecurityManager());
}

它所做的是防止调用setAccessible(true) 所以当你想叫它的时候：

Constructor<?>[] constructors = Singleton.class.getDeclaredConstructors();
Constructor theConstructor = constructors[0];
theConstructor.setAccessible(true);

此验证将发生：java.security.AccessControlException: access denied ("java.lang.RuntimePermission" "createSecurityManager")

第二个选项：在singleton构造函数中，测试调用是否通过反射进行：

我建议您参考另一个Stackoverflow thread，以了解获取调用方类或方法的最佳方法

因此，如果我在Singleton构造函数中添加这个：

String callerClassName = new Exception().getStackTrace()[1].getClassName();
System.out.println(callerClassName);

我这样称呼它：

Constructor<?>[] constructors = Singleton.class.getDeclaredConstructors();
Constructor theConstructor = constructors[0];
theConstructor.setAccessible(true);
Singleton instance1 = (Singleton) theConstructor.newInstance();

输出将是：jdk.internal.reflect.DelegatingConstructorAccessorImpl

但如果我定期调用它（实例化公共构造函数或在没有反射的情况下调用方法），则会打印调用方法的类的名称。例如，我有：

public class MainReflexion {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton.getInstance();
    }
}

callerClassName将是MainReflexion，因此输出将是MainReflexion

---

PS：如果提议的解决方案存在变通办法，请让我知道

Answer 5

如下定义单例：

public enum Singleton {
    INSTANCE
}

Answer 6

签入构造函数如何：

private Singleton() {
    if (singleton != null) {
        throw new IllegalStateException("Singleton already constructed");
    }
}

当然，这可能不是真正的停止-如果有人在混淆视听以访问私有成员，他们可以自己将字段设置为null。你必须问问自己，你想阻止什么，这有多值得

（编辑：正如Bozho所提到的，即使通过反射，最终字段也可能无法设置。如果有一些方法通过JNI等进行设置，我不会感到惊讶……如果你给人们足够的访问权限，他们几乎可以做任何事……）