【单例深思】饿汉式与类加载

我们知道饿汉式的实现是线程安全的，没有延迟加载（Lazy Loading），下面我们深入研究下为什么。

饿汉式的实现如下：

public class Singleton {
    private static Singleton singleton = new Singleton();
    private Singleton() {}
    public static Singleton getSignleton(){
        return singleton;
    }

}  

在介绍饿汉式时我们大多会说这种实现是线程安全的，实例在类加载时实例化，有JVM保证线程安全。虚拟机是怎么保证饿汉式实现的线程安全？

先介绍类生命周期的7个阶段，前面的5个阶段为类加载阶段，每个阶段作用不详细介绍了：

   首先，singleton 作为类成员变量的实例化发生在类Singleton 类加载的初始化阶段，初始化阶段是执行类构造器<clinit>() 方法的过程。

   <clinit>() 方法是由编译器自动收集类中的所有类变量（static）的赋值动作和静态语句块（static{}）块中的语句合并产生的。因此，private static Singleton singleton = new Singleton();也会被放入到这个方法中。

   虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确的加锁、同步，如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有一个线程去执行这个类的<clinit>()方法，其他线程都需要阻塞等待，直到活动线程执行<clinit>()方法完毕。需要注意的是，其他线程虽然会被阻塞，但如果执行<clinit>()方法的那条线程退出<clinit>()方法后，其他线程唤醒后不会再次进入<clinit>()方法。同一个类加载器下，一个类型只会初始化一次。

回答了线程安全的问题，我们再看看这个实现为什么不是延迟加载的？

    什么情况下需要开始类加载过程的第一个阶段——加载，Java虚拟机规范中没有进行强制的约束，这点可以交给虚拟机的具体实现来自由把握。但是对于初始化阶段，虚拟机规范则是严格规定了有且只有以下5种情况必须立即对类进行“初始化”（而加载、验证、准备自然需要在此之前完成）。

1. 遇到new, getstatic, putstatic, invokestatic这4条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，由需要先触发其初始化。生成这4条指令的最常见的Java代码场景是：使用new关键字实例化对象，读取或设置一个类的静态字段（被fina修饰的静态字段除外，其已在编译期把值放入了常量池中），以及调用一个类的静态方法。
2. 使用java.lang.reflect包的方法 对类进行反射时，如果类没有进行过初始化，由需要先触发其初始化。
3. 初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行初始化，由先触发其父类的初始化。
4. 当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含main()方法的那个类），虚拟杨会先初始化这个主类。
5. 当使用JDK 1.7的动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getstatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。

注意到第一条中的new字节码指令会触发初始化，因为private static Singleton singleton = new Singleton();中就有使用new关键字的情况，可知一旦触发初始化<clinit>() 方法执行，singleton 就会被分配内存完成实例化。单例模式下大部分情况下是调用静态方法getSignleton()被触发初始化，但是也不能100%保证，上述5种情况下，任何一种都会触发初始化，于是就能解释为什么饿汉式不是延迟加载了。

参考：《深入理解Java虚拟机 JVM高级特性与最佳实践》