Java类初始化

W3Cschool Java类初始化

类的加载过程

加载-链接-初始化

• 加载：将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据换成方法取得运行时的数据结构，然后生成一个代表这个类的java.lang.Class对象。
• 链接：将Java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中的过程。
  • 验证：确保加载的类信息符合JVM规范，没有安全方面的问题。
  • 准备：正式为类变量分配内存并设置类变量默认初始值的阶段，这些内存都将在方法区中进行分配。
  • 解析：虚拟机常量池内的符号引用（常量名）替换为直接饮用（地址）的过程。
• 初始化：
  • 执行类构造器<client>()方法的过程。类构造器<client>()方法是由编译器自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的。（类构造器是构造类信息的，不是构造该类对象的构造器）。
  • 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行初始化，则需要先触发其父类的初始化。
  • 虚拟机会保证一个类的<client>()方法再多线程环境中被正确加锁和同步。

类初始化

类初始化是类加载过程的最后一个阶段，到初始化阶段，才真正开始执行类中的 Java 程序代码。虚拟机规范严格规定了有且只有四种情况必须立即对类进行初始化：

• 遇到 new、getstatic、putstatic、invokestatic 这四条字节码指令时，如果类还没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。生成这四条指令最常见的 Java 代码场景是：使用 new 关键字实例化对象时、读取或设置一个类的静态字段（static）时（被 static 修饰又被 final 修饰的，已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外）、以及调用一个类的静态方法时。
• 使用 Java.lang.refect 包的方法对类进行反射调用时，如果类还没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
• 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行初始化，则需要先触发其父类的初始化。
• 当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类，虚拟机会先执行该主类。

虚拟机规定只有这四种情况才会触发类的初始化，称为对一个类进行主动引用，除此之外所有引用类的方式都不会触发其初始化，称为被动引用。下面举一些例子来说明被动引用。

通过子类引用父类中的静态字段，这时对子类的引用为被动引用，因此不会初始化子类，只会初始化父类：

class Father{  
    public static int m = 3;  
    static{  
        System.out.println("父类被初始化");  
    }  
}  

class Child extends Father{  
    static{  
        System.out.println("子类被初始化");  
    }  
}  

public class StaticTest{  
    public static void main(String[] args){  
        System.out.println(Child.m);  
    }  
}  

执行后输出的结果如下：

父类被初始化
    3

对于静态字段，只有直接定义这个字段的类才会被初始化，因此，通过其子类来引用父类中定义的静态字段，只会触发父类的初始化而不会触发子类的初始化。

常量在编译阶段会存入调用它的类的常量池中，本质上没有直接引用到定义该常量的类，因此不会触发定义常量的类的初始化：

class Const{  
    public static final String NAME = "我是常量";  
    static{  
        System.out.println("初始化Const类");  
    }  
}  

public class FinalTest{  
    public static void main(String[] args){  
        System.out.println(Const.NAME);  
    }  
}  

执行后输出的结果如下：

我是常量

虽然程序中引用了 const 类的常量 NAME，但是在编译阶段将此常量的值“我是常量”存储到了调用它的类 FinalTest 的常量池中，对常量 Const.NAME 的引用实际上转化为了 FinalTest 类对自身常量池的引用。也就是说，实际上 FinalTest 的 Class 文件之中并没有 Const 类的符号引用入口，这两个类在编译成 Class 文件后就不存在任何联系了。

通过数组定义来引用类，不会触发类的初始化：

class Const{  
    static{  
        System.out.println("初始化Const类");  
    }  
}  

public class ArrayTest{  
    public static void main(String[] args){  
        Const[] con = new Const[5];  
    }  
}  

执行后不输出任何信息，说明 Const 类并没有被初始化。

但这段代码里触发了另一个名为“LLConst”的类的初始化，它是一个由虚拟机自动生成的、直接继承于java.lang.Object 的子类，创建动作由字节码指令 newarray 触发，很明显，这是一个对数组引用类型的初初始化，而该数组中的元素仅仅包含一个对 Const 类的引用，并没有对其进行初始化。如果我们加入对 con 数组中各个 Const 类元素的实例化代码，便会触发 Const 类的初始化，如下：

class Const{  
    static{  
        System.out.println("初始化Const类");  
    }  
}  

public class ArrayTest{  
    public static void main(String[] args){  
        Const[] con = new Const[5];  
        for(Const a:con)  
            a = new Const();  
    }  
}  

这样便会得到如下输出结果：

初始化Const类

根据四条规则的第一条，这里的 new 触发了 Const 类。

最后看一下接口的初始化过程与类初始化过程的不同。

接口也有初始化过程，上面的代码中我们都是用静态语句块来输出初始化信息的，而在接口中不能使用“static{}”语句块，但编译器仍然会为接口生成类构造器，用于初始化接口中定义的成员变量（实际上是 static final 修饰的全局常量）。

二者在初始化时最主要的区别是：当一个类在初始化时，要求其父类全部已经初始化过了，但是一个接口在初始化时，并不要求其父接口全部都完成了初始化，只有在真正使用到父接口的时候（如引用接口中定义的常量），才会初始化该父接口。这点也与类初始化的情况很不同，回过头来看第 2 个例子就知道，调用类中的 static final 常量时并不会 触发该类的初始化，但是调用接口中的 static final 常量时便会触发该接口的初始化。