Effective Java: (89) For instance control, prefer enum types to readResolve

Item 89: For instance control, prefer enum types to readResolve

Item 3中提到的单例模式如果实现了Serializable接口之后将失去“单例”效果(无论采用默认序列化方法,还是使用定制化的readObject方法,这一方法都将返回一个新创建的,不同于初始化时的类实例对象)。

public class Elvis {
    public static final Elvis INSTANCE = new Elvis();
    private Elvis() { ... }

    public void leaveTheBuilding() { ... }
}

readResole功能运行你使用一个实例代替由readObject方法返回的类实例,参考官方说法Serialization, 3.7——

For Serializable and Externalizable classes, the readResolve method allows a class to replace/resolve the object read from the stream before it is returned to the caller. By implementing the readResolve method, a class can directly control the types and instances of its own instances being deserialized.

利用这一特性,反序列化字节流后可以创建出的对象将返回有readResolve返回的对象。大部分场景下,这一对象没有任何引用,可以被GC立即回收。

// readResolve for instance control - you can do better!
private Object readResolve() {
    // Return the one true Elvis and let the garbage collector
    // take care of the Elvis impersonator.
    return INSTANCE;
}

这要求序列化Elvis类时不能包含任何数据,所有字段必须声明为transient。否则可以被攻击者利用:在readResolve方法调用之前就构造出对反序列化对象的引用。

攻击实现比较复杂,但原理很简单:如果单例对象包含非transient属性的字段,此字段内容将在readResole方法被调用之前执行反序列化操作,这就允许构造出“对反序列化对象的引用”。

下面的内容未进行实操,来自原文——

实现了Serializable接口的单例对象

// Broken singleton - has nontransient object reference field!
public class Elvis implements Serializable {
    public static final Elvis INSTANCE = new Elvis();
    private Elvis() { }
    private String[] favoriteSongs =
            { "Hound Dog", "Heartbreak Hotel" };
    public void printFavorites() {
        System.out.println(Arrays.toString(favoriteSongs));
    }
    private Object readResolve() {
        return INSTANCE;
    }
}

构造的“小偷”对象——

public class ElvisStealer implements Serializable {
    static Elvis impersonator;
    private Elvis payload;
    
    private Object readResolve() {
        // Save a reference to the "unresolved" Elvis instance
        impersonator = payload;
        // Return object of correct type for favoriteSongs field
        return new String[] { "A Fool Such as I" };
    }
    private static final long serialVersionUID = 0;
}

攻击演示——

public class ElvisImpersonator {
    // Byte stream couldn't have come from a real Elvis instance!
    private static final byte[] serializedForm = {
            (byte)0xac, (byte)0xed, 0x00, 0x05, 0x73, 0x72, 0x00, 0x05,
            0x45, 0x6c, 0x76, 0x69, 0x73, (byte)0x84, (byte)0xe6,
            (byte)0x93, 0x33, (byte)0xc3, (byte)0xf4, (byte)0x8b,
            0x32, 0x02, 0x00, 0x01, 0x4c, 0x00, 0x0d, 0x66, 0x61, 0x76,
            0x6f, 0x72, 0x69, 0x74, 0x65, 0x53, 0x6f, 0x6e, 0x67, 0x73,
            0x74, 0x00, 0x12, 0x4c, 0x6a, 0x61, 0x76, 0x61, 0x2f, 0x6c,
            0x61, 0x6e, 0x67, 0x2f, 0x4f, 0x62, 0x6a, 0x65, 0x63, 0x74,
            0x3b, 0x78, 0x70, 0x73, 0x72, 0x00, 0x0c, 0x45, 0x6c, 0x76,
            0x69, 0x73, 0x53, 0x74, 0x65, 0x61, 0x6c, 0x65, 0x72, 0x00,
            0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x02, 0x00, 0x01,
            0x4c, 0x00, 0x07, 0x70, 0x61, 0x79, 0x6c, 0x6f, 0x61, 0x64,
            0x74, 0x00, 0x07, 0x4c, 0x45, 0x6c, 0x76, 0x69, 0x73, 0x3b,
            0x78, 0x70, 0x71, 0x00, 0x7e, 0x00, 0x02
    };
    
    public static void main(String[] args) {

        // Initializes ElvisStealer.impersonator and returns
        // the real Elvis (which is Elvis.INSTANCE)
        Elvis elvis = (Elvis) deserialize(serializedForm);
        Elvis impersonator = ElvisStealer.impersonator;

        elvis.printFavorites();
        impersonator.printFavorites();
    }
}

最终打印出——

[Hound Dog, Heartbreak Hotel]
[A Fool Such as I]

解决这一问题可以将favoriteSongs字段声明为transient类型;但更好的解决方案是将Elvis类声明为枚举类。声明为枚举类之后,Java将保证除了声明的常量之外,不再有任何实例被创建。除非攻击者可以调用类似AccessibleObject.setAccessible方法——但这说明攻击者已经获取到了执行任意本地代码的权限。

总结一下,尽管readResole方法没有被废弃,但使用单例方式最后使用枚举类的形式。如果即需要序列化又需要单例模式,必须提供readResolve方法,并且确保所以字段是transient类型或是基础类型。

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