C05 单例模式 反射攻击解决方案及原理分析

反射攻击演示(一) 饿汉式

  • 通过Class对象获得HungrySingleton的Constructor对象constructor;
  • 通过constructor修改HungrySingleton的私有构造器的访问权限;
  • 通过constructor.newInstance()创建新的对象,得到HungrySinleton的两个实例,从而打破单例模式;
public class HungrySingleton {

    private final static HungrySingleton hungrySingleton;

    static {
        hungrySingleton = new HungrySingleton();
    }

    private HungrySingleton() {}

    public static HungrySingleton getInstance() {
        return hungrySingleton;
    }

}

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Class objectClass = HungrySingleton.class;
        Constructor constructor = objectClass.getDeclaredConstructor();
        constructor.setAccessible(true);

        HungrySingleton instance = HungrySingleton.getInstance();
        HungrySingleton newInstance = (HungrySingleton) constructor.newInstance();

        System.out.println(instance);
        System.out.println(newInstance);
        System.out.println(instance == newInstance);
    }
}

输出:

designpattern.creational.singleton.reflection.HungrySingleton@52cc8049
designpattern.creational.singleton.reflection.HungrySingleton@5b6f7412
false

解决方案

  • 在私有构造器中做判断,如果 hungrySingleton 已经被实例化了,就抛出异常;
public class HungrySingleton {

    private final static HungrySingleton hungrySingleton;

    static {
        hungrySingleton = new HungrySingleton();
    }

    private HungrySingleton() {
        if (hungrySingleton != null) {
            throw new RuntimeException("单例构造器禁止反射调用");
        }
    }

    public static HungrySingleton getInstance() {
        return hungrySingleton;
    }

}

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Class objectClass = HungrySingleton.class;
        Constructor constructor = objectClass.getDeclaredConstructor();
        constructor.setAccessible(true);

        HungrySingleton instance = HungrySingleton.getInstance();
        HungrySingleton newInstance = (HungrySingleton) constructor.newInstance();

        System.out.println(instance);
        System.out.println(newInstance);
        System.out.println(instance == newInstance);
    }
}

输出:

Exception in thread "main" java.lang.reflect.InvocationTargetException
at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance0(Native Method)
at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance(NativeConstructorAccessorImpl.java:62)
at sun.reflect.DelegatingConstructorAccessorImpl.newInstance(DelegatingConstructorAccessorImpl.java:45)
at java.lang.reflect.Constructor.newInstance(Constructor.java:423)
at designpattern.creational.singleton.reflection.Test.main(Test.java:12)
Caused by: java.lang.RuntimeException: 单例构造器禁止反射调用
at designpattern.creational.singleton.reflection.HungrySingleton.<init>(HungrySingleton.java:13)
... 5 more


反射攻击演示(二) 静态内部类

public class StaticInnerClassSingleton {

    private static class InnerClass {
        private static StaticInnerClassSingleton staticInnerClassSingleton =
                new StaticInnerClassSingleton();
    }

    public static StaticInnerClassSingleton getInstance() {
        return InnerClass.staticInnerClassSingleton;
    }

    private StaticInnerClassSingleton() {}

}

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        staticInnerClass();
    }

    private static void staticInnerClass() throws Exception {
        Class objectClass = StaticInnerClassSingleton.class;
        Constructor constructor = objectClass.getDeclaredConstructor();
        constructor.setAccessible(true);

        StaticInnerClassSingleton instance = StaticInnerClassSingleton.getInstance();
        StaticInnerClassSingleton newInstance = (StaticInnerClassSingleton) constructor.newInstance();

        System.out.println(instance);
        System.out.println(newInstance);
        System.out.println(instance == newInstance);
    }

}

输出:

designpattern.creational.singleton.reflection.StaticInnerClassSingleton@52cc8049
designpattern.creational.singleton.reflection.StaticInnerClassSingleton@5b6f7412
false

解决方案

  • 在私有构造器中做判断,如果 staticInnerClassSingleton 已经被实例化了,就抛出异常;
public class StaticInnerClassSingleton {

    private static class InnerClass {
        private static StaticInnerClassSingleton staticInnerClassSingleton =
                new StaticInnerClassSingleton();
    }

    public static StaticInnerClassSingleton getInstance() {
        return InnerClass.staticInnerClassSingleton;
    }

    private StaticInnerClassSingleton() {
        if (InnerClass.staticInnerClassSingleton != null) {
            throw new RuntimeException("单例构造器禁止反射调用");
        }
    }

}

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        staticInnerClass();
    }

    private static void staticInnerClass() throws Exception {
        Class objectClass = StaticInnerClassSingleton.class;
        Constructor constructor = objectClass.getDeclaredConstructor();
        constructor.setAccessible(true);

        StaticInnerClassSingleton instance = StaticInnerClassSingleton.getInstance();
        StaticInnerClassSingleton newInstance = (StaticInnerClassSingleton) constructor.newInstance();

        System.out.println(instance);
        System.out.println(newInstance);
        System.out.println(instance == newInstance);
    }

}

输出:

Exception in thread "main" java.lang.reflect.InvocationTargetException
at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance0(Native Method)
at sun.reflect.NativeConstructorAccessorImpl.newInstance(NativeConstructorAccessorImpl.java:62)
at sun.reflect.DelegatingConstructorAccessorImpl.newInstance(DelegatingConstructorAccessorImpl.java:45)
at java.lang.reflect.Constructor.newInstance(Constructor.java:423)
at designpattern.creational.singleton.reflection.Test.staticInnerClass(Test.java:16)
at designpattern.creational.singleton.reflection.Test.main(Test.java:7)
Caused by: java.lang.RuntimeException: 单例构造器禁止反射调用
at designpattern.creational.singleton.reflection.StaticInnerClassSingleton.<init>(StaticInnerClassSingleton.java:16)
... 6 more

注意:

  • 以上两种情况都属于单例在类被加载的时候单例对象就初始化好了,这这两种情况下,都可以使用在私有构造器中注入防御代码的方式防止反射攻击;

反射攻击演示(三) 懒汉式 无效的防御代码1

  • 即使懒汉式的代码中注入防御代码也是不一定能防止单例类创建2个以上的实例;
  • 如果反射攻击发生在正常调用之前,每次反射攻击都可以获取单例类的一个实例,因为即使私有构造器中使用了单例类(LazySingleton )的静态成员(lazySingleton )从而触发了单例类(LazySingleton)的初始化,但单例对象并没有在类的初始化阶段被实例化,所以防御代码不生效,从而可以通过构造器的反射调用创建单例类的多个实例;
  • 如果反射攻击发生在正常调用之后,防御代码是可以生效的;
public class LazySingleton {

    private static LazySingleton lazySingleton = null;

    private LazySingleton(){
        if (lazySingleton != null) {
            throw new RuntimeException("单例构造器不允许反射调用");
        }
    }

    public static LazySingleton getInstance() {
        if (lazySingleton == null) {
            lazySingleton = new LazySingleton();
        }
        return lazySingleton;
    }

}

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Class objectClass = LazySingleton.class;
        Constructor constructor = objectClass.getDeclaredConstructor();
        constructor.setAccessible(true);

        LazySingleton newInstance = (LazySingleton) constructor.newInstance();
        LazySingleton instance = LazySingleton.getInstance();

        System.out.println(instance);
        System.out.println(newInstance);
        System.out.println(instance == newInstance);
    }
}

输出:

designpattern.creational.singleton.reflection.lazy.LazySingleton@52cc8049
designpattern.creational.singleton.reflection.lazy.LazySingleton@5b6f7412
false


反射攻击演示(三) 懒汉式 无效的防御代码2

  • 增加了一个控制器flag,控制私有构造器只能被正常调用一次;
  • 但是在创建新实例之前,通过反射控制flag的访问权限和值,还是能创建出新的实例;
public class LazySingleton {

    private static LazySingleton lazySingleton = null;
    private static boolean flag = true;

    private LazySingleton(){
        if (flag) {
            flag = false;
        } else {
            throw new RuntimeException("单例构造器不允许反射调用");
        }
    }

    public static LazySingleton getInstance() {
        if (lazySingleton == null) {
            lazySingleton = new LazySingleton();
        }
        return lazySingleton;
    }

}

public class Test {
    public static void main(String[] args) throws Exception{
        Class objectClass = LazySingleton.class;
        Constructor constructor = objectClass.getDeclaredConstructor();
        constructor.setAccessible(true);

        LazySingleton instance = LazySingleton.getInstance();

        Field flag = objectClass.getDeclaredField("flag");
        flag.setAccessible(true);
        flag.set(instance, true);
        LazySingleton newInstance = (LazySingleton) constructor.newInstance();

        System.out.println(instance);
        System.out.println(newInstance);
        System.out.println(instance == newInstance);
    }
}

输出:

designpattern.creational.singleton.reflection.lazy.defenseless2.LazySingleton@27973e9b
designpattern.creational.singleton.reflection.lazy.defenseless2.LazySingleton@312b1dae
false

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 217,406评论 6 503
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 92,732评论 3 393
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 163,711评论 0 353
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 58,380评论 1 293
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 67,432评论 6 392
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 51,301评论 1 301
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 40,145评论 3 418
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 39,008评论 0 276
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 45,443评论 1 314
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 37,649评论 3 334
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,795评论 1 347
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 35,501评论 5 345
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 41,119评论 3 328
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,731评论 0 22
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,865评论 1 269
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 47,899评论 2 370
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 44,724评论 2 354

推荐阅读更多精彩内容