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发表于 6 天前 | 查看: 20| 回复: 0

Java 26 带来了一个重要的预览特性:JEP 526 Lazy Constants(惰性常量)。它由 JDK 25 中的 JEP 502 Stable Values 演进而来,旨在为单例模式和延迟初始化提供一种安全、高效且简洁的语言级支持。

JDK 26 Lazy Constants特性介绍

延迟初始化的传统困境

Java 开发中,应用启动性能与运行时性能常需权衡。例如,大型应用启动时初始化大量未立即使用的组件会拖慢启动速度。

class Application {
    static final OrderController ORDERS = new OrderController();
    static final ProductRepository PRODUCTS = new ProductRepository();
    // ... 更多组件
}

传统解决方案是延迟初始化,但这引入了新问题:

class OrderController {
    private Logger logger = null;

    Logger getLogger() {
        if (logger == null) { // 非线程安全
            logger = Logger.create(OrderController.class);
        }
        return logger;
    }
}
  1. 线程安全问题:多线程环境下可能创建多个实例。
  2. 性能损失:失去 final 字段的常量折叠优化。
  3. 代码复杂:需要显式判空,增加维护成本。

传统的单例模式(如双重检查锁定)虽能解决线程安全,但代码冗长且无法充分利用 final 优化。JEP 526 Lazy Constants 正是为了解决这些痛点而生。

从JEP 502到JEP 526:一次重要的API重塑

JDK 25 的 Stable Values (预览)

在 JDK 25 中首次引入 StableValue API 作为预览特性。

// JDK 25
class OrderController {
    private final StableValue<Logger> logger = StableValue.of();

    Logger getLogger() {
        return logger.orElseSet(() ->
            Logger.create(OrderController.class));
    }
}

社区反馈指出其 API 层级偏低、命名不够直观、使用稍显繁琐。

JDK 26 的 Lazy Constants (第二次预览)

JDK 26 基于反馈进行了重大革新,核心变化可概括为“做减法”:

  1. API 核心重命名:从 StableValue 改为 LazyConstant,语义更清晰。
    // JDK 26
    LazyConstant<Logger> logger = LazyConstant.of(() ->
        Logger.create(OrderController.class));
  2. 移除底层操作:移除了 orElseSet()setOrThrow() 等易引发竞态条件的方法,强制在构造时提供初始化函数,将线程安全完全封装。
  3. 集合 API 深度集成:相关工厂方法迁移至标准集合接口,更符合开发者习惯。
    // JDK 26
    List.ofLazy(size, creator)
    Map.ofLazy(keySet, creator) // 新增支持
  4. 禁止 null 值:初始化函数禁止返回 null,简化实现并提升性能。

Lazy Constants 的核心优势

1. 线程安全的单例初始化

class Application {
    static final LazyConstant<OrderController> ORDERS =
        LazyConstant.of(OrderController::new);

    public static OrderController orders() {
        return ORDERS.get(); // 线程安全,仅初始化一次
    }
}
  • get() 方法保证“恰好一次”初始化。
  • 无需 synchronizedvolatile
  • 高并发场景下依然安全。

2. 享受 JVM 常量折叠优化

LazyConstant 存储在 static final 字段中并被初始化后,JIT 可将其内容视为真正常量,进行内联展开、死码消除等优化,效果类似于内部的 @Stable 注解,但现在是安全、公开的 API。

3. 构建延迟初始化链

class OrderController {
    private final LazyConstant<Logger> logger =
        LazyConstant.of(() -> Logger.create(OrderController.class));

    void submitOrder() {
        logger.get().info("Order submitted"); // 首次使用时初始化
    }
}

整个依赖链均可按需初始化,极大改善大型应用启动性能。

基于Lazy Constants的五种单例模式新实践

1. 静态字段(推荐)

public class DatabaseService {
    private static final LazyConstant<DatabaseService> INSTANCE =
        LazyConstant.of(DatabaseService::new);

    public static DatabaseService getInstance() {
        return INSTANCE.get();
    }

    private DatabaseService() {
        // 昂贵的初始化操作
        connectToDatabase();
    }
}

优点:简洁、线程安全、性能最优。

2. 枚举单例增强版

public enum ConfigManager {
    INSTANCE;

    private final LazyConstant<Config> config =
        LazyConstant.of(() -> loadConfigFromFile());

    public Config getConfig() {
        return config.get();
    }
}

优点:天然防止反射攻击,配置延迟加载。

3. 带参数的单例池

public class CacheService {
    private final String cacheName;

    private static final Map<String, LazyConstant<CacheService>> INSTANCES =
        Map.ofLazy(Set.of("user", "product", "order"),
                   name -> new CacheService(name));

    public static CacheService getInstance(String name) {
        return INSTANCES.get(name).get();
    }
}

优点:利用 Map.ofLazy() 便捷管理多个单例。

4. 资源池化

class ConnectionPool {
    static final List<LazyConstant<Connection>> POOL =
        List.ofLazy(10, _ -> createConnection());

    public static Connection getConnection() {
        long index = Thread.currentThread().threadId() % 10;
        return POOL.get((int)index).get();
    }
}

适用场景:数据库连接池、线程池等资源管理。

5. ServiceLoader 集成

public class MyServiceProvider implements MyService {
    private static final LazyConstant<MyServiceProvider> INSTANCE =
        LazyConstant.of(MyServiceProvider::new);

    // ServiceLoader 会调用此方法
    public static MyServiceProvider provider() {
        return INSTANCE.get();
    }
}

适用场景:服务提供者接口(SPI)实现。

性能对比

实现方式 首次调用开销 后续调用开销 线程安全 常量折叠 代码复杂度
饿汉式 最低 安全 支持
双重检查锁定 中等 安全 不支持
静态内部类 最低 安全 支持
LazyConstants 极低 最低 安全 支持 极低

根据 OpenJDK 微基准测试,相比 volatile 双重检查锁定,LazyConstants 在后续调用上性能提升约 15-30%。对于启动阶段未使用的组件,可节省 100% 的初始化时间。

使用注意事项

  1. 启用预览特性

    # 编译
    javac --release 26 --enable-preview Main.java
    # 运行
    java --enable-preview Main
  2. 必须使用 final 字段:只有 static final 字段才能触发 JVM 常量折叠优化。

    // 正确
    static final LazyConstant<Config> CONFIG = LazyConstant.of(...);
    // 错误(失去优化)
    static LazyConstant<Config> config = LazyConstant.of(...);
  3. 避免在初始化函数中抛出异常:建议在函数内部处理异常并返回默认值,以保证单例的可用性。

  4. 注意反射限制:实例 final 字段仍可能被反射修改(这会破坏优化),但 static final 字段是相对安全的。

总结与展望

JEP 526 Lazy Constants 不仅是一次 API 重命名,更是一次重要的设计重塑。它提供了语义更清晰、使用更安全、体验更友好的延迟常量支持。对于 Java 开发者而言,这意味着能够以一行代码简洁地实现线程安全的单例和延迟初始化,提升应用启动速度,并降低代码维护成本。

未来,我们可能看到该特性成为稳定特性,并与 Project Valhalla 的值类型等更深度的 JVM 优化集成。建议开发者关注此特性,在未来项目中尝试使用 LazyConstants 替代传统的单例实现,以享受现代 Java 带来的性能与简洁。

总结动图




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