【Java】Java初始化过程总结

概述

• Java字节代码：byte[]
• Java类在JVM的表现形式：Class类的对象；

Java源代码被编译成class字节码 :

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Java字节代码 --> Class类的对象：

1. 加载：把Java字节码byte[]转换成JVM中的java.lang.Class类的对象;
2. 链接：Java类的链接指的是将Java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中的过程。
3. 初始化：主要是执行静态代码块和初始化静态域；

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Java类的加载

作用

把Java字节码转换成JVM中的java.lang.Class类的对象;

1. 通过一个类的全限定名获取描述此类的二进制字节流；
2. 将这个字节流所代表的静态存储结构保存为方法区的运行时数据结构；
3. 在java堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为访问方法区的入口；

类加载器分类

1. 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：负责加载 JAVA_HOME\lib 目录中的，或通过-Xbootclasspath参数指定路径中的，且被虚拟机认可（按文件名识别，如rt.jar）的类；
2. 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：负责加载 JAVA_HOME\lib\ext 目录中的，或通过java.ext.dirs系统变量指定路径中的类库；
3. 应用程序类加载器（Application ClassLoader）：负责加载用户路径（classpath）上的类库；

双亲委派模型工作过程：

当一个类加载器收到类加载任务，优先交给其父类加载器去完成，因此最终加载任务都会传递到顶层的启动类加载器，只有当父类加载器无法完成加载任务时，才会尝试执行加载任务。

双亲委派模型有什么好处？

比如位于rt.jar包中的类java.lang.Object，无论哪个加载器加载这个类，最终都是委托给顶层的启动类加载器进行加载，确保了Object类在各种加载器环境中都是同一个类。

重要特征

1. 层次组织结构：每个类加载器都有一个父类加载器，形成tree结构；
2. 代理模式：一个类加载器既可以自己完成Java类的定义工作，也可以代理给其它的类加载器来完成；

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Java类的链接

Java类的链接指的是将Java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中的过程。

包含的步骤：

1. 验证：确保Java类的二进制表示在结构上是完全正确的，主要包括格式验证、元数据验证、字节码验证和符号引用验证；
2. 准备：创建Java类中的静态域，并将这些域的值设为默认值；
   
   在准备阶段，为类变量（static修饰）在方法区中分配内存并设置初始值。

private static int var = 100;

准备阶段完成后，var值为0，而不是100。在初始化阶段，才会把100赋值给val，但是有个特殊情况：

private static final int VAL= 100;

在编译阶段会为VAL生成ConstantValue属性，在准备阶段虚拟机会根据ConstantValue属性将VAL赋值为100。

3. 解析：解析阶段是将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程，解析过程可能导致其他的Java类被加载；

• 符号引用使用一组符号来描述所引用的目标，可以是任何形式的字面常量，定义在Class文件格式中。
• 直接引用可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或则能间接定位到目标的句柄。

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Java类的初始化

初始化阶段是执行类构造器clinit方法的过程，clinit方法由类变量的赋值动作和静态语句块按照在源文件出现的顺序合并而成，该合并操作由编译器完成。

1. 方法clinit对于类或接口不是必须的，如果一个类中没有静态代码块，也没有静态变量的赋值操作，那么编译器不会生成；
2. 方法clinit方法与实例构造器不同，不需要显式的调用父类的方法，虚拟机会保证父类的优先执行；
3. 为了防止多次执行clinit，虚拟机会确保clinit方法在多线程环境下被正确的加锁同步执行，如果有多个线程同时初始化一个类，那么只有一个线程能够执行clinit方法，其它线程进行阻塞等待，直到clinit执行完成。
4. 注意：执行接口的clinit方法不需要先执行父接口的clinit，只有使用父接口中定义的变量时，才会执行。

• 初始化过程的主要操作是执行静态代码块和初始化静态域。
• 在一个类被初始化之前，它的直接父类也需要被初始化。

类初始化场景

虚拟机中严格规定了有且只有5种情况必须对类进行初始化。

1. 执行new、getstatic、putstatic和invokestatic指令；
2. 使用reflect对类进行反射调用；
3. 初始化一个类的时候，父类还没有初始化，会事先初始化父类；
4. 启动虚拟机时，需要初始化包含main方法的类；
5. 在JDK1.7中，如果java.lang.invoke.MethodHandler实例最后的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法句柄对应的类没有进行初始化；

不会触发类初始化的情况

• 通过子类引用父类的静态字段，只会触发父类的初始化，而不会触发子类的初始化。

class Parent {
    static int a = 100;
    static {
        System.out.println("parent init！");
    }
}

class Child extends Parent {
    static {
        System.out.println("child init！");
    }
}

public class Init{
    public static void main(String[] args){
        System.out.println(Child.a);  //不会初始化类Child
    }
}

输出结果为：parent init！ 不会初始化Child类。

• 定义对象数组，不会触发该类的初始化。

 public class Init{
    public static void main(String[] args){
        Parent[] parents = new Parent[10]; //不会初始化类Parent
    }
}

• 常量在编译期间会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用定义常量的类，不会触发定义常量所在的类。

class Const {
    static final int A = 100; //编译阶段，常量A存储到Init类的常量池中
    static {
        System.out.println("Const init");
    }
}

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

在编译阶段，Const类中常量A的值100存储到Init类的常量池中，这两个类在编译成class文件之后就没有联系了。

• 通过类名获取Class对象，不会触发类的初始化。

public class test {
   public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Class c_dog = Dog.class; //不会初始化Dog类
        Class clazz = Class.forName("zzzzzz.Cat"); //会初始化Cat类
    }
}

class Cat {
    private String name;
    private int age;
    static {
        System.out.println("Cat is load");
    }
}

class Dog {
    private String name;
    private int age;
    static {
        System.out.println("Dog is load");
    }
}

• 通过Class.forName加载指定类时，如果指定参数initialize为false时，也不会触发类初始化，其实这个参数是告诉虚拟机，是否要对类进行初始化。

• 通过ClassLoader默认的loadClass方法，也不会触发初始化动作；