【深入理解Java虚拟机】类的初始化过程

类的初始化过程

类的加载过程.png

• 加载

  将 Class 文件以二进制的形式加载到内存中

• 验证

  校验 Class 文件是否安全,是否被正确的修改等

• 准备

  为类变量申请内存，设置默认值，(初始化变量的默认值，比如int初始化为0，reference初始化为null) 但是达到类的初始化之前都没有初始化为真正的值。

零值.png

• 解析

  将符号引用转换为直接引用

• 初始化

  搜集并执行static代码块，以及 方法的执行, 是静态变量以及static 代码块组成

• 使用

  为新对象申请内存, 为示例变量初始化默认值，为实例对象正确的设置初值；生成 方法

• 卸载

  在运行的时候加上虚拟机参数 +XX:+TraceClassLoading 可以详细的看到类加载的信息,同样的要看类卸载的信息，可以使用 -XX:TraceClassUnloading

主动引用与被动引用

主动引用

• 遇到new , getstatic , putstatic,invokestatic 字节码指令的时候，如果没有初始化，进行性初始化
• 反射的时候,比如: System.load("xxxx.xxxx.xx");
• 初始化一个类，但是这个类的父类没有初始化的时候(一个接口初始化的时候并不要求其父接口全部初始化)
• JVM 需要执行的主类
• 遇到动态语言支持的时候

被动引用

• 通过子类引用父类的 静态变量 或者 静态方法，并不会初始化父类。 通过子类引用父类的静态属性，表示对父类的主动使用，而非对子类的主动使用
• 通过构造类型的数组，不会初始化此类
• 直接引用某个类的常亮的类型的时候，并不会对该对初始化

示例代码

class SuperClass {
  public static String msg = "Hello，World";

  static {
    System.out.println("SuperClass.static initializer");
  }
}

class SubClass extends SuperClass {

  public static String msg2 = "Hello，World";

  static {
    System.out.println("SubClass.static initializer");
  }
}

• 验证通过子类引用父类的常量 不会初始化子类

   // 验证通过子类引用父类的常量并不会初始化子类
    System.out.println(SubClass.msg);

• 验证初始化子类的同时一定会初始化父类

    System.out.println(SubClass.msg2);

• 验证初始类型数组的时候并不初始化该类型

对于数组类型，其类型是JVM运行期间动态生成的，类型为[Lxxxx.xxxx.xxxx.xxxx.SubClasss; 其父类为Object，同理二维数组类型为[[Lxxx.xxx.xxx.SubClass; 其父类型为Object；

    SubClass[] subClasses = new SubClass[1];

常量池的引用

• 源码

public class ReferenceExample002 {

  public static void main(String[] args) {
    //    实际运行的是 System.out.println(Hello, World);
    // 对于只有运行期才能确定的值，仍然会初始化类
    System.out.println(ExampleClass.msg);
  }
}

class ExampleClass {

  public static final String msg = "Hello, World";

  static {
    System.out.println("ExampleClass.static initializer");
  }
}

• 代码反编译后的信息中移除了对ExampleClass 的直接引用

public class ReferenceExample002 {
    public ReferenceExample002() {
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello, World");
    }
}

• 反编译ReferenceExample002得到的助记符信息如下:

反编译命令如: javap -c xxx.xxx.xxx

public class com.zhoutao.example.ReferenceExample002 {
  public com.zhoutao.example.ReferenceExample002();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       3: ldc           #4                  // String Hello, World
       5: invokevirtual #5                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
       8: return

编译期间不确定的常量值所在的类将被初始化

package com.zhoutao.classload;

import java.util.UUID;

public class ReferenceExample003 {

  public static void main(String[] args) {

    System.out.println(ExampleClass.uuid);
  }

  static class ExampleClass {
   
    // 此处引用的并非真正的常量值
    public static final String uuid = UUID.randomUUID().toString();

    static {
      System.out.println("ExampleClass.static initializer");
    }
  }
}

ExampleClass 的静态代码块将会被执行: uuid 的值在编译器并不能确定，所以仍然会初始化对应的类，注意和编译期间确定的常量值进行区分。

接口中的常量

​ 当一个接口初始化时候，并不要求其父接口都完成初始化，然后类的初始化的时候要求父类完成初始化，而类的初始化的时候要求父类完成初始化

public class ReferenceExample005 {

  public static void main(String[] args) {
    System.out.println(SubInterface.b);
  }

  static interface ParentInterface {
    public static int a = 1;
  }

  static interface SubInterface extends ParentInterface {
    public static int b = 2;
  }
}

JVM 中父接口并不会因为子接口或者其实现类的初始化而初始化，其仅仅在使用该接口的静态变量的时候才会进行初始化

初始化过程的方法

Java 会为每个类生成 方法 ，对于静态变量会生出 方法

public class ReferenceExample006 {

  public static void main(String[] args) {
    ExampleClass exampleClass = ExampleClass.getInstance();
    System.out.println("a = " + ExampleClass.a);
    System.out.println("b = " + ExampleClass.b);
  }

  static class ExampleClass {
    public static int a;

    public static int b = 0;

    private static ExampleClass exampleClass = new ExampleClass();

    private ExampleClass() {
      a++;
      b++;
    }

    public static ExampleClass getInstance() {
      return exampleClass;
    }
  }
}

对于上面的代码，可以很简单的知道，其输出值为:

a = 1
b = 1

如果将 ExampleClass 中的定义 b 放置于ExampleClass 的私有构造方法之后，那么其输出的值将为：

a = 1
b = 0

这是因为在 方法的搜集static定义及以及代码块的时候，是按照顺序执行的，在私有构造方法时候，将会对b 进行赋值为1，然后在下一步 public static int b = 0; 又重新的将 b 定义为1

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