JDK8中JVM对类的初始化探讨

Posted 2020-10-19 Trace Spaces

在《深入理解 Java 虚拟机》（第二版，周志明著）中，作者介绍了 JVM 必须初始化类（或接口）的五种情况，但是是针对 JDK 7 而言的。

那么，在 JDK 8 中，这几种情况有没有变化呢？（我猜测应该会有扩展）

接下来我们探讨一下 JDK 8 中 JVM 类的初始化这一部分内容。

官方文档为 The Java® Virtual Machine Specification, Java SE 8 Edition, 2015-02-13。

类的初始化部分在 https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-5.html#jvms-5.5。

 

我们先看下《深入理解 Java 虚拟机》（第二版，周志明著）中对类初始化的介绍：

 

有且只有五种情况下，当发现相关的类没有进行过初始化，虚拟机会触发其初始化：

(1) 调用 new, getstatic, putstatic, invokestatic 这四条指令时，相关类没有初始化；

(2) 使用 java.lang.reflect 包进行反射时，相关类没有初始化；

(3) 初始化子类时，发现父类没有初始化；

(4) 主类（包含 main()方法的类）没有初始化；

(5) JDK 7 中使用动态语言支持时，如果一个 java.lang.invoke.MethodHandle 实例正好是对 REF_getStatic, REF_putStatic, REF_invokeStatic 进行方法句柄解析的结果时；

 

 

The Java® Virtual Machine Specification, Java SE 8 Edition 中对类或接口进行初始化的内容：

Initialization of a class or interface consists of executing its class or interface initialization method (§2.9).

A class or interface C may be initialized only as a result of:

• The execution of any one of the Java Virtual Machine instructions new, getstatic, putstatic, or invokestatic that references C (§new, §getstatic, §putstatic, §invokestatic). These instructions reference a class or interface directly or indirectly through either a field reference or a method reference.

  Upon execution of a new instruction, the referenced class is initialized if it has not been initialized already.

  Upon execution of a getstatic, putstatic, or invokestatic instruction, the class or interface that declared the resolved field or method is initialized if it has not been initialized already.

• The first invocation of a java.lang.invoke.MethodHandle instance which was the result of method handle resolution (§5.4.3.5) for a method handle of kind 2 (REF_getStatic), 4 (REF_putStatic), 6 (REF_invokeStatic), or 8 (REF_newInvokeSpecial).

  This implies that the class of a bootstrap method is initialized when the bootstrap method is invoked for an invokedynamic instruction (§invokedynamic), as part of the continuing resolution of the call site specifier.

• Invocation of certain reflective methods in the class library (§2.12), for example, in class Class or in package java.lang.reflect.

• If C is a class, the initialization of one of its subclasses.

• If C is an interface that declares a non-abstract, non-static method, the initialization of a class that implements C directly or indirectly.

• If C is a class, its designation as the initial class at Java Virtual Machine startup (§5.2).

 从这段可以看到大部分和《深入理解 Java 虚拟机》（第二版，周志明著）中描述的相同，除了两点：

(1) 使用动态语言支持时，如果一个 java.lang.invoke.MethodHandle 实例是 REF_newInvokeSpecial 的方法句柄解析结果时，也会触发类的初始化；

(2) 对于接口而言，如果这个接口申明了一个 non-abstract, not-static 方法（实际上就是 JDK 8 新增的 default method），当实现了这个接口的类初始化时也会触发这个接口的初始化。

 

在初始化前，类/接口必须先经过连接阶段：验证，准备，解析（可选）。

Prior to initialization, a class or interface must be linked, that is, verified, prepared, and optionally resolved.

 

虚拟机在初始化类/接口时，要注意两个问题：

（1）因为虚拟机是多线程的，要求处理同步问题；

（2）递归初始化的问题。

由虚拟机的具体实现来处理以上两个问题。JDK 8 中使用了一个 procedure 来完成初始化。

当然这个 procedure 需要满足一些条件：比如相关的 Class object 必须完成了验证和准备，并且必须是四种状态中的一种。

详情可以查看文档，有空再探讨。