Java虚拟机 - 类初始化

Posted 2020-10-04 qlky

【深入Java虚拟机】之三：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。

 

    1、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

 

[java] view plain copy

 

1. class Father{  
2.     public static int m = 33;  
3.     static{  
4.         System.out.println("父类被初始化");  
5.     }  
6. }  
7.   
8. class Child extends Father{  
9.     static{  
10.         System.out.println("子类被初始化");  
11.     }  
12. }  
13.   
14. public class StaticTest{  
15.     public static void main(String[] args){  
16.         System.out.println(Child.m);  
17.     }  
18. }  

    执行后输出的结果如下：

 

    父类被初始化
    33

    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。

 

    2、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

 

[java] view plain copy

 

1. class Const{  
2.     public static final String NAME = "我是常量";  
3.     static{  
4.         System.out.println("初始化Const类");  
5.     }  
6. }  
7.   
8. public class FinalTest{  
9.     public static void main(String[] args){  
10.         System.out.println(Const.NAME);  
11.     }  
12. }  

    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。

 

    3、通过数组定义来引用类，不会触发类的初始化

 

[java] view plain copy

 

1. class Const{  
2.     static{  
3.         System.out.println("初始化Const类");  
4.     }  
5. }  
6.   
7. public class ArrayTest{  
8.     public static void main(String[] args){  
9.         Const[] con = new Const[5];  
10.     }  
11. }  

    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：

 

[java] view plain copy

 

1. class Const{  
2.     static{  
3.         System.out.println("初始化Const类");  
4.     }  
5. }  
6.   
7. public class ArrayTest{  
8.     public static void main(String[] args){  
9.         Const[] con = new Const[5];  
10.         for(Const a:con)  
11.             a = new Const();  
12.     }  
13. }  

    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<clinit>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。