Java 类实例是单例吗？

Question

根据Java 8 Language Spec §15.8.2（引用）：

[...]

类字面量计算为由当前实例的类的定义类加载器 (§12.2) 定义的命名类型（或 void）的 Class 对象。

[...]

主要是，“Class 对象”暗示这是或应该是单例。 §12.2 还说：

[...]

行为良好的类加载器维护这些属性：

• 给定相同的名称，一个好的类加载器应该总是返回相同的类对象。

[...]

实际上，使用 Java 8*，以下**打印 true 和 true：

class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Main main1 = new Main();
        Main main2 = new Main();
        System.out.println(main1.getClass().equals(main2.getClass()));
        System.out.println(main1.getClass() == main2.getClass());
    }
}

类加载器总是“表现良好”吗？为什么（不）？换句话说：Class 实例是单例吗？反过来：同一类型的Class 可以是不同的实例吗？

注意：我在这里没有提到单例模式。但是，如果Class 实现遵循该模式，那将会很有趣。作为一个次要步骤，但绝不是主要问题：因为单例模式的合法用途是争论的焦点，Java 的 Class 是否适合将单例模式应用于？

*:

$ java -version
openjdk version "1.8.0_262"
OpenJDK Runtime Environment (AdoptOpenJDK)(build 1.8.0_262-b10)
OpenJDK 64-Bit Server VM (AdoptOpenJDK)(build 25.262-b10, mixed mode)

**：我的 IDE 甚至警告我打印的表达式总是true。

Answer 1

你错误地使用了singleton这个词。

一个单例意味着它自己的类中只存在一个对象。 Class 对象是 java.lang.Class 类的一个实例，并且该类的实例不止一个。实际上不可能只有一个Class 对象，因为Class 对象的存在确实意味着至少存在两个类java.lang.Object 和java.lang.Class，所以必须至少有两个Class运行时中的对象。

您的示例无法发现类加载器是否表现良好。你已经提到了JLS §12.2

行为良好的类加载器维护这些属性：

• 给定相同的名称，一个好的类加载器应该总是返回相同的类对象。

• 如果类加载器 L1 将类 C 的加载委托给另一个加载器 L2，则对于任何类型 T，它作为 C 的直接超类或直接超接口出现，或者作为C 中的字段类型，或 C 中方法或构造函数的形式参数类型，或 C、L1 和 L2 中方法的返回类型应返回相同的Class 对象。

恶意类加载器可能会违反这些属性。但是，它不会破坏类型系统的安全性，因为 Java 虚拟机对此进行了防范。

记住最后一句话。 JVM 将防止违反这些要求。在您的示例代码中重复出现相同的符号引用，有两种可能性

1. JVM 会记住此上下文中此符号引用的第一次解析的结果，并在下一次出现时重用它，而无需再次询问类加载器。

2. JVM 会记住此上下文中此符号引用的第一次解析结果，并将其与同一引用的后续解析结果进行比较，如果不匹配则抛出错误。

由于这两种方法都意味着记住结果，因此当涉及到在相同上下文中解析相同引用时，通常使用第一种方法，因为它更简单且更有效。当涉及到使用相同引用解析为类的不同符号引用时，JVM 确实会throw an error when the class loader constraints are violated。

所以像Main.class == Main.class 或new Main().getClass() == new Main().getClass() 这样的表达式永远不会计算为false。最有可能的是，对Main 的符号引用的解析将走捷径，无论类加载器会做什么，都使用相同的运行时类。但即使它不走捷径并且ClassLoader 行为不端，为下一个查询返回不同的类对象，JVM 也会检测到它并抛出错误，因此表达式不会评估为boolean结果。在这两种情况下都不会导致false。

Answer 2

在单个类加载器中，Class 对象是相同的。

类加载器总是“表现良好”吗？为什么（不）？

这真的取决于实施。如果故意让类加载器总是返回一个新的Class-Object，它就不会表现得很好。 至少 OpenJDK 的所有类加载器都表现良好。

换句话说：类实例是单例的吗？反过来：同类型的Class可以是不同的实例吗？

在一个单一的类加载器中，每个 Class 实例都是一个单例。使用多个类加载器，以下将评估为 false：

ClassLoaderA.getInstance().loadClass("foo.Bar")==ClassLoaderB.getInstance().loadClass("foo.Bar");

反过来：同类型的类可以是不同的实例吗？

仅当由两个不同的、一致的、行为良好的类加载器加载时。

作为一个次要步骤，但绝不是主要问题：因为单例模式的合法用途是争论的焦点，Java 的 Class 是否适合应用单例模式？

这是相当基于意见的，但我认为，它不是应用单例模式的好选择，因为大多数单例都是这样实现的：

class Foo{
   public static final Foo INSTANCE=new Foo();
   private Foo(){
      ìf(INSTANCE!=null)
         throw new IllegalAccessException("No Foo instances for you!");
   }
}

更多的是它实际上是一个类的一个对象，许多只是在一些小事情上有所不同，比如不同的类加载器。