讀完本文將了解到

• 單例模式的常用雙重檢查鎖寫法，以及如何避免JVM指令重排序?qū)е碌氖?/li>
• 更加高效、安全的內(nèi)部靜態(tài)類延時(shí)初始化的單例模式寫法
• 類的初始化順序（靜態(tài)屬性、靜態(tài)代碼塊、普通屬性、普通代碼塊、子類、父類...）

引子

我們都知道常見的單例模式的雙重檢查鎖的形式，代碼如下:

public class Singleton{
    private static volatile Singleton instance;                （4）
    private Singleton(){}                                     
    public static Singleton getInstance(){
        if(instance == null){                                   (1)
            synchronized(Singleton.class){                      (2)
                if(instance == null){                           (3)
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

其中通過(1)(3)作為雙重檢查,而(2)加鎖保證初始化是線程安全的，
(4)中使用volatile關(guān)鍵字保證了內(nèi)存可見性，防止指令重排序?qū)е码p重檢查鎖失效。

雙重檢查鎖失效的原因是由于instance = new instance()不是原子性操作，從而留給了JVM重排序的機(jī)會(huì)。在單線程中，不管怎么排，最終結(jié)果都一致；在多線程情況下指令就會(huì)發(fā)生重排序出現(xiàn)問題。具體參考: 雙重檢查鎖失效分析

更高效、安全的單例模式實(shí)現(xiàn)

在了解類初始化機(jī)制后可以采用更加高效、安全的線程安全單例模式，即內(nèi)部靜態(tài)類做延時(shí)初始化，代碼如下：

public class Singleton{
    private static class SingletonHolder{
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();（3）
    }
    private Singleton(){}
    public static Singleton getInstance(){                        （1）
        return SingletonHolder.INSTANCE;                          （2）
    }
}

其執(zhí)行過程如下：
（1）執(zhí)行Singleton.getInstance()，檢測(cè)Singleton.class是否已被載入，若尚未被載入，則開始載入Singleton.class文件，并完成相應(yīng)的靜態(tài)初始化動(dòng)作；
（2）執(zhí)行SingletonHolder.INSTANCE，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)SingletonHolder.class尚未被載入，則開始載入SingletonHolder.class文件，并執(zhí)行相應(yīng)的靜態(tài)初始化動(dòng)作；
（3）SingleHolder.class中靜態(tài)成員INSTANCE初始化動(dòng)作會(huì)執(zhí)行new Singleton()方法，完成了對(duì)Singleton實(shí)例INSTANCE的初始化操作后返回改實(shí)例。

類的初始化

類的初始化順序 //todo 流程圖完善

（1）類加載器檢查該類的.class文件是否已被載入，若沒有則載入；
（2）初始化靜態(tài)屬性、靜態(tài)代碼塊（按代碼順序）；
（3）初始化普通屬性、普通代碼塊（按代碼順序）；
（4）調(diào)用構(gòu)造函數(shù)；
（5）在(1)、(2)、(3)、(4)的過程中若發(fā)現(xiàn)該類存在父類，并且其父類的.class尚未被載入如則先載入父類的.class文件，并執(zhí)行父類的(2)、(3)、(4)、(5)步驟。

觸發(fā)類初始化行為

（1）在使用new實(shí)例化對(duì)象，訪問靜態(tài)數(shù)據(jù)和方法時(shí)，也就是遇到指令：new，getstatic/putstatic和invokestatic時(shí)；
（2）使用反射對(duì)類進(jìn)行調(diào)用時(shí);
（3）當(dāng)初始化一個(gè)類時(shí)，父類如果沒有進(jìn)行初始化，先觸發(fā)父類的初始化；
（4）執(zhí)行入口main方法所在的類；
（5）JDK1.7動(dòng)態(tài)語(yǔ)言支持中方法句柄所在的類，如果沒有初始化觸發(fā)起初始化；

測(cè)試代碼

class Parent{   
    private static String str1 = "父類靜態(tài)屬性1";   
    private String string = "父類普通屬性";   
    static {      
        System.out.println(str1);  
        //error-illegal forward reference    
        System.out.println(str2);                                 (1)
        //ok-not accessed via a simple name
        System.out.println(Parent.str2);                          (2)
        System.out.println("父類靜態(tài)代碼塊");   
    }   
    {      
        System.out.println(string);      
        System.out.println("父類普通代碼塊");   
    }   
    public static String str2 = "父類靜態(tài)屬性2";   
    public Parent() {      
        System.out.println("父類構(gòu)造函數(shù)");   
    }
}
class Child extends Parent{   
    private static String str = "子類靜態(tài)屬性";   
    private String string = "子類普通屬性";   
    static {      
        System.out.println(str);      
        System.out.println("子類靜態(tài)代碼塊");   
    }   
    {      
        System.out.println(string);      
        System.out.println("子類普通代碼塊");   
    }   
    public Child() {      
        System.out.println("子類構(gòu)造函數(shù)");   
    }
}
class Child2 extends Parent{   
    private static String str = "子類2靜態(tài)屬性";   
    private String string = "子類2普通屬性";   
    static {      
        System.out.println(str);      
        System.out.println("子類2靜態(tài)代碼塊");   
    }   
    {      
        System.out.println(string);      
        System.out.println("子類2普通代碼塊");   
    }   
    public Child() {      
        System.out.println("子類2構(gòu)造函數(shù)");   
    }
}
public class MainTest {   
    static {      
        System.out.println("MainTest靜態(tài)代碼塊");   
    }   
    public static void main(String[] args){    
        System.out.println("main() executed");  
        new Child();   
    }
}

輸出結(jié)果

MainTest靜態(tài)代碼塊
main() executed
父類靜態(tài)屬性1
null
父類靜態(tài)代碼塊
子類靜態(tài)屬性
子類靜態(tài)代碼塊
父類普通屬性
父類普通代碼塊
父類構(gòu)造函數(shù)
子類普通屬性
子類普通代碼塊
子類構(gòu)造函數(shù)
子類2靜態(tài)屬性
子類2靜態(tài)代碼塊
父類普通屬性
父類普通代碼塊
父類構(gòu)造函數(shù)
子類2普通屬性
子類2普通代碼塊
子類2構(gòu)造函數(shù)

結(jié)果分析

結(jié)果與前面描述的類初始化順序結(jié)論一致，有幾點(diǎn)需要注意：
1、靜態(tài)屬性和靜態(tài)代碼塊是按照統(tǒng)一的順序執(zhí)行的。
2、在代碼(1)之所以編譯器會(huì)報(bào)“illegal forward reference”是因?yàn)樵诼暶鱯tr2之前就進(jìn)行了read操作，要想強(qiáng)制使用，必須使用完成的類名+變量名。如果使用類名+變量名，這種向前引用就是null,如(2)所示。
3、更多詳細(xì)參考illegal forward reference的介紹在The Java Language Specification的Forward References During Field Initialization

總結(jié)

1、傳統(tǒng)的雙重檢查鎖單例模式有時(shí)會(huì)由于在多線程情況下JVM的指令重排序?qū)е率У那闆r，要避免這種情況，需要給instance加上volatile關(guān)鍵字保證內(nèi)存可見性，防止指令重排序。
2、為了更高效安全的實(shí)現(xiàn)單例模式，采用內(nèi)部靜態(tài)類做延時(shí)初始化方法，由JVM的類加載初始化機(jī)制幫我們實(shí)現(xiàn)線程安全的單例模式。
3、為了加深對(duì)類初始化順序的理解，先介紹了類的初始化順序偽代碼，并在后文編寫代碼進(jìn)行了結(jié)果驗(yàn)證和分析。