# 基于类初始化的解决方案 基于类初始化的解决方案 JVM在类的初始化阶段（即在Class被加载后，且被线程使用之前），会执行类的初始化。在执行类的初始化期间，JVM会去获取一个锁。这个锁可以同步多个线程对同一个类的初始化。 基于这个特性，可以实现另一种线程安全的延迟初始化方案（这个方案被称之为Initialization On Demand Holder idiom）。 ``` public class InstanceFactory { private static class InstanceHolder { public static Instance instance = new Instance(); } public static Instance getInstance() { return InstanceHolder.instance ;　　// 这里将导致InstanceHolder类被初始化 } } ``` 假设两个线程并发执行getInstance()方法，下面是执行的示意图，如图3-40所示。 图3-40 两个线程并发执行的示意图![](/files/-LtdvBZ1mFtp-NLu6PlQ) 这个方案的实质是：允许3.8.2节中的3行伪代码中的2和3重排序，但不允许非构造线程（这里指线程B）“看到”这个重排序。 初始化一个类，包括执行这个类的静态初始化和初始化在这个类中声明的静态字段。 根据Java语言规范，在首次发生下列任意一种情况时，一个类或接口类型T将被立即初始化。 1）T是一个类，而且一个T类型的实例被创建。 2）T是一个类，且T中声明的一个静态方法被调用。 3）T中声明的一个静态字段被赋值。 4）T中声明的一个静态字段被使用，而且这个字段不是一个常量字段。 5）T是一个顶级类（Top Level Class，见Java语言规范的§7.6），而且一个断言语句嵌套在T内部被执行。 在InstanceFactory示例代码中，首次执行getInstance()方法的线程将导致InstanceHolder类被初始化（符合情况4）。 由于Java语言是多线程的，多个线程可能在同一时间尝试去初始化同一个类或接口（比如这里多个线程可能在同一时刻调用getInstance()方法来初始化InstanceHolder类）。因此，在Java中初始化一个类或者接口时，需要做细致的同步处理。 Java语言规范规定，对于每一个类或接口C，都有一个唯一的初始化锁LC与之对应。从C到LC的映射，由JVM的具体实现去自由实现。JVM在类初始化期间会获取这个初始化锁，并且每个线程至少获取一次锁来确保这个类已经被初始化过了（事实上，Java语言规范允许JVM的具体实现在这里做一些优化，见后文的说明）。 对于类或接口的初始化，Java语言规范制定了精巧而复杂的类初始化处理过程。Java初始化一个类或接口的处理过程如下（这里对类初始化处理过程的说明，省略了与本文无关的部分；同时为了更好的说明类初始化过程中的同步处理机制，笔者人为的把类初始化的处理过程分为了5个阶段）。 **第1阶段：通过在Class对象上同步（即获取Class对象的初始化锁），来控制类或接口的初始化。这个获取锁的线程会一直等待，直到当前线程能够获取到这个初始化锁。假设Class对象当前还没有被初始化（初始化状态state，此时被标记为state=noInitializa-tion），且有两个线程A和B试图同时初始化这个Class对象。图3-41是对应的示意图。** 图3-41 ![](/files/-LtdvBZ3_JcMe-4DiwDq) 表3-7是这个示意图的说明。 表3-7 类初始化——第1阶段的执行时序表 ![](/files/-LtdvBZ56dJtKpOe0ppv) **第2阶段：线程A执行类的初始化，同时线程B在初始化锁对应的condition上等待。** 表3-8是这个示意图的说明。 表3-8 类初始化——第2阶段的执行时序表![](/files/-LtdvBZ7DUfvLIh7tMuO)![](/files/-LtdvBZ9BTi9YyVEr4IR) 图3-42 类初始化——第2阶段 **第3阶段：线程A设置state=initialized，然后唤醒在condition中等待的所有线程。** 图3-43 类初始化——第3阶段 ![](/files/-LtdvBZB2HmLEXQl2Q5H) 表3-9是这个示意图的说明。 表3-9 类初始化——第3阶段的执行时序表![](/files/-LtdvBZDuR0JE_rMq1O-) **第4阶段：线程B结束类的初始化处理。** 图3-44 类初始化——第4阶段 ![](/files/-LtdvBZFwwyYGjyg0vZQ) 表3-10是这个示意图的说明。 表3-10 类初始化——第4阶段的执行时序表 ![](/files/-LtdvBZHgp-tqY_lyJF7) 图3-45 多线程执行时序图 ![](/files/-LtdvBZJO2y31nZw9FNm) 线程A在第2阶段的A1执行类的初始化，并在第3阶段的A4释放初始化锁； 线程B在第4阶段的B1获取同一个初始化锁，并在第4阶段的B4之后才开始访问这个类。 根据Java内存模型规范的锁规则，这里将存在如下的happens-before关系。 这个happens-before关系将保证：线程A执行类的初始化时的写入操作（执行类的静态初始化和初始化类中声明的静态字段），线程B一定能看到。 **第5阶段：线程C执行类的初始化的处理。** 图3-46 类初始化——第5阶段 ![](/files/-LtdvBZLUUJV4GQLljZc) 表3-11是这个示意图的说明。 表3-11 类初始化——第5阶段的执行时序表![](/files/-LtdvBZNMrB2f9bm0A2r) 在第3阶段之后，类已经完成了初始化。因此线程C在第5阶段的类初始化处理过程相对简单一些（前面的线程A和B的类初始化处理过程都经历了两次锁获取-锁释放，而线程C的类初始化处理只需要经历一次锁获取-锁释放）。 线程A在第2阶段的A1执行类的初始化，并在第3阶段的A4释放锁；线程C在第5阶段的C1获取同一个锁，并在在第5阶段的C4之后才开始访问这个类。根据Java内存模型规范的锁规则，将存在如下的happens-before关系。 这个happens-before关系将保证：线程A执行类的初始化时的写入操作，线程C一定能看到。 **注意** 这里的condition和state标记是本文虚构出来的。Java语言规范并没有硬性规定一定要使用condition和state标记。JVM的具体实现只要实现类似功能即可。 **注意** Java语言规范允许Java的具体实现，优化类的初始化处理过程（对这里的第5阶段做优化），具体细节参见Java语言规范的12.4.2节。 图3-47 多线程执行时序图 ![](/files/-LtdvBZPTaEN7IZLmh09) 通过对比基于volatile的双重检查锁定的方案和基于类初始化的方案，我们会发现基于类初始化的方案的实现代码更简洁。但基于volatile的双重检查锁定的方案有一个额外的优势：除了可以对静态字段实现延迟初始化外，还可以对实例字段实现延迟初始化。字段延迟初始化降低了初始化类或创建实例的开销，但增加了访问被延迟初始化的字段的开销。在大多数时候，正常的初始化要优于延迟初始化。如果确实需要对实例字段使用线程安全的延迟初始化，请使用上面介绍的基于volatile的延迟初始化的方案；如果确实需要对静态字段使用线程安全的延迟初始化，请使用上面介绍的基于类初始化的方案。 --- # Agent Instructions: Querying This Documentation If you need additional information that is not directly available in this page, you can query the documentation dynamically by asking a question. Perform an HTTP GET request on the current page URL with the `ask` query parameter: ``` GET https://tuonioooo-notebook.gitbook.io/java-concurrent/di-san-zhang-java-nei-cun-mo-xing/shuang-zhong-jian-cha-suo-ding-yu-yan-chi-chu-shi-hua/ji-yu-lei-chu-shi-hua-de-jie-jue-fang-an.md?ask= ``` The question should be specific, self-contained, and written in natural language. The response will contain a direct answer to the question and relevant excerpts and sources from the documentation. Use this mechanism when the answer is not explicitly present in the current page, you need clarification or additional context, or you want to retrieve related documentation sections.