Java虚拟机 - 类初始化

【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

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

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

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. public class FinalTest{
8. public static void main(String[] args){
9. System.out.println(Const.NAME);
10. }
11. }

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

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

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：

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

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。