首先举个用静态内部类实现单例的例子，看代码：
public class Singleton {
private Singleton() {
}
public static Singleton getInstance(){
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
private static class SingletonHolder{
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
}
用静态内部列实现单例模式，既能保证延迟加载，又能保证线程安全，只创建一个实例对象。那么其中原理又是什么呢？
延迟加载
关于延迟加载的正确性，可通过以下代码验证：
public class Outer {
private Outer() {
System.out.println("outer instance create");
}
static {
System.out.println("outer init");
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println("outer main execute");
// Outer outer = Inner.outer;
}
private static class Inner {
static {
System.out.println("inner init");
}
private static final Outer outer = new Outer();
}
}
运行以上代码，输出结果为：
outer init
outer main execute
当把 Outer outer = Inner.outer; 这一行取消注释后，输出结果为
outer init
outer main execute
inner init
outer instance create
通过对比可以发现，只有当访问 Inner 类的静态对象的时候，才对该类进行了初始化。根据此结果我们提出两个问题并试图解决：
Q1: 为什么是先执行 静态代码块，后执行 main 方法？
Q2: 为什么直到访问Inner.outer时才触发 Inner 类的初始化？
类加载的时机
类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，整个生命周期包括：加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载 7 个阶段。
类的生命周期
其中，类的加载过程包括：加载、验证、准备、解析、初始化。下面说一下这几个阶段都做了什么：
-
加载：在这个阶段虚拟机需要完成三件事：
1、通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。
2、将这个字节流代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。
3、在内存中生成一个代表这个类的 java.lang.Class 对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。 - 验证：这阶段的目的是为了确保 Class 文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。
- 准备：此阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些变量使用的内存都将在方法区中分配。如，int 类型的默认值为 0 ，布尔类型的默认值为 false，非基本类型的初始值为 null 。
- 解析：此阶段是虚拟机将常量池的符号引用替换为直接引用的过程。
- 初始化：初始化阶段即 执行类的 clinit() 方法的阶段（clinit = class + initialize，意为类的初始化），包括为类的静态变量赋初始值和执行静态代码块中的内容，执行的先后顺序取决于在源文件中出现的顺序。
要执行一个类的方法，需要先完成该类的初始化，从类生命周期中看出，静态代码块执行时间在初始化阶段，调用 main 方法在 使用阶段，故 Q1 回答完毕。
在类的加载阶段，加载、验证、准备、初始化是按照顺序严格执行的。但是 Java 虚拟机规范并没有规定什么情况下执行类加载的第一个阶段：加载，这一点可以交给虚拟机的具体实现自由把握。
可以但是对于初始化阶段，虚拟机规范严格规定： 有且只有 5 种情况 必须立即对类尽心初始化（加载、验证、准备自然需要在之前执行）：
1） 遇到 new 、getstatic、putstatic 或者 invokestatic 这 4 条字节码指令时，如果没有对类进行初始化，则需要先触发其初始化。这4个指令对应的 Java 场景是：使用 new 新建一个 Java 对象，访问或者设置一个类的静态字段，访问一个类的静态方法的时候。
2）使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行初始化，则需要先触发其初始化。
3）当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化。
4）当虚拟机启动的时候，用户需要指定一个需要执行的主类（包含 main 方法的那个类），虚拟机会先初始化这个类。
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，并且这个方法句柄对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
故 静态内部类 实现单例模式，是因为触发了第一种情况的 getstatic 方法，即访问该类的静态成员变量，这个时候才触发了 Inner 类的初始化，至此 Q2 回答完毕。
线程安全
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，如果多个线程同事去初始化一个类，那么只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() 方法执行完毕。如果在一个类的clinit() 方法中有耗时很长的操作，就可能导致多个线程阻塞，在实际应用中这种阻塞往往是很隐蔽的。
举例验证一下：
public class Test {
static Outer out1;
static Outer out2;
public static void main(String[] args) {
//此处为了简洁，只用了两个子线程创建对象，实际测试时应增大数量级
new Thread(()-> out1 = Outer.getInstance()).start();
new Thread(()-> out2 = Outer.getInstance()).start();
try {
Thread.sleep(2000);//延迟两秒，让子线程有充足的时间创建对象.
System.out.println(out1 == out2);
} catch(InterruptedException ex) {
Thread.currentThread().interrupt();
}
}
}
运行该段代码，输出结果为
outer instance create
true
即 在不同线程去获取 Outer 的实例对象，获得的是同一个对象，因为两个变量都指向同一内存地址，该类的构造函数仅被调用一次。在加载 Inner 类的初始化阶段，实例化了 Outer 类的实例。
一句话总结：虚拟机保证了线程安全和只创建一个实例。
参考书籍
《深入理解 Java 虚拟机》JVM 高级特性与最佳实践 --- 周志明
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