一、問題背景

最近題主釋出在公司的SDK遇到了一個Bug。有關單例模式的，什麼問題呢？
我們先回想下，單例模式怎麼寫。30分鐘學透設計模式1-單例模式的前世今生

簡而言之：
- 私有的構造方法
- 提供一個靜態可以獲取例項物件的方法

其分類可大致分為：
- 非延遲載入（餓漢）
- 延遲載入（懶漢等）

問題：
題主使用的是：initialization-on-demand holder idiom 這種方法實現。然而卻丟擲了以下異常：

java.lang.NoClassDefFoundError: Could not initialize class SingleTon$Holder
    at SingleTon.getInstance
 
(SingleTon.java:11)
    at SingleTon.main(SingleTon.java:24)

看下大致實現單例程式碼：

public class SingleTon {
    private SingleTon() {}

    private static class Holder {
        private static final SingleTon INSTANCE = new SingleTon();
    }

    public static SingleTon getInstance() {
        return Holder.INSTANCE;
    }
}
 

乍一看，SingleTon這個類都已經執行到了，怎麼會找不到其內部類Holder呢？NoClassDefFoundError常見的場景是，類不存在或版本衝突。這裡都不滿足，我們復現下這個問題。

二、問題復現

如果在構造SingleTon物件時，丟擲異常會怎樣？

public class SingleTon {
    private SingleTon() {
        int i = 1 / 0;
    }

    private static class Holder {
        private static final SingleTon INSTANCE = new
 
 SingleTon();
    }

    public static SingleTon getInstance() {
        return Holder.INSTANCE;
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            System.out.println("First");
            SingleTon.getInstance();
        } catch (Throwable t) {
            t.printStackTrace();
        }

        try {
            System.out.println("Second");
            SingleTon.getInstance();
        } catch (Throwable t) {
            t.printStackTrace();
        }
    }
}

看一下輸出：

First
Second
java.lang.ExceptionInInitializerError
    at SingleTon.getInstance(SingleTon.java:11)
    at SingleTon.main(SingleTon.java:17)
Caused by: java.lang.ArithmeticException: / by zero
    at SingleTon.<init>(SingleTon.java:3)
    at SingleTon.<init>(SingleTon.java:1)
    at SingleTon$Holder.<clinit>(SingleTon.java:7)
    ... 2 more
java.lang.NoClassDefFoundError: Could not initialize class SingleTon$Holder
    at SingleTon.getInstance(SingleTon.java:11)
    at SingleTon.main(SingleTon.java:24)

初步分析是：IoDH這種單例實現為執行緒安全的延遲載入方式。
第一次呼叫getInstance()時，由於出現了異常導致SingleTon物件沒有生成，進而導致該Holder類沒有成功載入。
第二次呼叫時，則會出現NoClassDefFoundError。

三、問題分析

IoDH(initialization on demand holder) 為一種延遲載入且執行緒安全的單例模式實現方式。這種方式的實現依賴於JVM對類載入過程中初始化階段的執行。

分析下這個單例類的初始化過程：
- 當SingleTon類被JVM載入時，由於這個類沒有其他靜態屬性，其初始化過程會順利完成。但是內部靜態類Holder直到呼叫getInstance()時才會被初始化。
- 當Holder第一次被執行時，JVM會載入並初始化該類。由於Holder含有靜態方法INSTANCE，因此會一併初始化INSTANCE。JLS保證了類的初始化階段是連續的。這樣，所有後序的併發呼叫getInstance()都會返回一個正確初始化的INSTANCE而不會有額外同步開銷。
- 但是，任何初始化失敗都會導致單例類不可用。也就是說，IoDH這種實現方式只能用於能保證初始化不會失敗的情況。