java程序的加载过程

昨天笔试阿里有个求java程序加载过程的题目很是复杂，回来研究了好久才有点明白，整理一下。原题代码如下，判断输出：

public class StaticTest {
	public static int k=0;
	public static StaticTest s1=new StaticTest("s1");
	public static StaticTest s2=new StaticTest("s2");
	public static int i=print("i");
	public static int n=99;
	public int j=print("j");

	{
		print("构造块");
	}

	static
	{
		print("静态块");
	}

	public static int print(String s)
	{
		System.out.println(++k+":"+s+"\ti="+i+"\tn="+n);
		++n;
		return ++i;
	}

	public StaticTest(String s)
	{
		System.out.println(++k+":"+s+"\ti="+i+"\tn="+n);
		++i;
		++n;
	}

	public static void main(String[] args) {
		new StaticTest("init");
	}
}

首先给出代码输出：

1:j	i=0	n=0
2:构造块	i=1	n=1
3:s1	i=2	n=2
4:j	i=3	n=3
5:构造块	i=4	n=4
6:s2	i=5	n=5
7:i	i=6	n=6
8:静态块	i=7	n=99
9:j	i=8	n=100
10:构造块	i=9	n=101
11:init	i=10	n=102

没想到只是创建了一个对象，居然执行了这么多语句！下面我们逐条分析每条输出语句。

首先我们需要对java程序的加载过程有个大概的了解：第一执行类中的静态代码，包括静态成员变量的初始化和静态语句块的执行；第二执行类中的非静态代码，包括非静态成员变量的初始化和非静态语句块的执行，最后执行构造函数。在继承的情况下，会首先执行父类的静态代码，然后执行子类的静态代码；之后执行父类的非静态代码和构造函数；最后执行子类的非静态代码和构造函数。用图表示如下：

第一条语句打印的是j相关的内容，所以执行了第7行代码。很明显该行代码执行的是非静态变量的赋值操作，这似乎不符合上述java程序加载规则。我们按照前述规则执行一下代码，首先会执行静态变量k的赋值，然后创建该类的一个静态实例。这时我们就会发现，第一条打印语句可能和该类的这个静态实例对象有关。我们尝试着创建这个静态实例，这时的程序加载过程又变为上述标准的加载过程：首先执行静态代码，然后非静态，最后构造函数。由于静态代码的执行是按代码的先后顺序进行，所以创建该静态实例时只有第一个静态变量k会赋值，后面的静态变量和静态语句块还都不存在；之后执行非静态代码，第一句非静态代码即是代码第7行的变量j赋值。这就解释了为什么第一条打印语句会是第7行的代码。同时这也解释了第二和第三条打印，第二条打印语句执行非静态代码，执行之后就调用构造函数创建实例对象s1。

同理，第4到6条打印语句是在创建静态实例对象s2时执行的。

在完成两个静态实例对象的创建后，下面要执行静态变量i的赋值，这就是第7条打印语句。后面还会对静态成员变量n赋值。之后是执行静态语句块，打印第8行语句。执行完静态代码部分后，接下来要执行非静态代码部分，按照写代码的前后顺序先为j赋值，然后执行非静态语句块，这就是第9和10行的打印语句。在执行完上面的所有步骤之后，开始执行类的构造函数创建对象，这就是第11行打印语句。

通过上面的分析我们发现：上述代码的执行顺序依旧符合一开始说明的java程序加载过程。只是由于有两个该类的静态实例变量，导致打印语句的复杂化。在这种情况下，打印过程类似于一个递归，每一次递归都按照标准的加载过程执行。

该代码一开始给人很多疑问，感觉运行过程中会抛出各种异常，但是代码却神奇地打印出了11条语句，的确让人吃惊。第一个疑问是该类内部有一个该类自身的静态对象，是否会导致循环递归。大家可以尝试一下，将代码第3或4行的static去掉，然后运行程序，就会提示StackOverflowError异常。为啥静态对象不会导致栈溢出，而非静态对象就会溢出？这是因为静态成员变量属于类所有，所有的类对象共享该静态成员变量，也即该静态成员变量只有一份，所以在递归的过程中，当发现正在创建该静态变量时，系统不会再去创建该变量，所以不会递归。但是如果是非静态对象，在递归的过程中，每次遇到该new语句都会再次创建一个新的对象，导致栈溢出。

该代码中另一个疑问是变量i的初值。在静态函数print中会打印i的值，但是在打印的时候变量i可能还没有定义（前6行打印语句都没有定义变量i）。程序居然也给通过了，这说明静态变量的声明会在初始化之前完成，并赋初值0。