深入理解Java虚拟机笔记--类加载的时机

类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期包括：加载（Loading）、验证（Verfivation）、准备（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）、使用（Using）和卸载（Unloading）7个阶段。其中验证、准备、解析3个部分统称为连接（Linking）。这7个阶段的发生顺序如下图所示：

加载、验证、准备、初始化和卸载5各阶段的顺序是确定的，类的加载过程必须按照这种顺序按部就班地开始，而解析阶段则不一定：它在某些情况下可以在初始化之后再开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定（也称为动态绑定或晚期绑定）。
什么情况下需要开始类加载过程的第一个阶段：加载？Java虚拟机规范中并没有进行强制约束，这点可以交给虚拟机的具体实现来自由把握。但是对于初始化阶段，虚拟机规范则是严格规定了有且只有5种情况必须立即对类进行“初始化”（而加载、验证、准备自然需要在此之前开始）：

遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic 这4条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。生成这4条指令的最常见的Java代码场景是：使用new关键字实例化对象的时候。读取或设置一个类的静态字段（被final修饰、已在编译器把结果放入常量池的静态字段除外）的时候，以及调用一个类的静态方法的时候。
使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行过初始化，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过初始化，则需要先触发其父类的初始化。
当虚拟机启动时，用户需要指定一个执行的主类（包含main()方法的那个类），虚拟机会先初始化这个主类。
当使用JDK1.7的动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果是REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法所对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。

对于这5中会触发类进行初始化的场景，虚拟机规范使用了一个很强烈的限定于：“有且只有”，这5种场景中的行为成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初始化，称为被动引用。通过以下例子说明何为被动引用：

/**
 * @author godman
 * @description  被动使用类字段演示一：通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化
 * @version 2018年9月23日 下午2:34:08
 */
public class SuperClass {

	static {
		System.out.println("SuperClass init!");
	}
	
	public static int value = 1;
	
}

public class SubClass extends SuperClass {

	static {
		System.out.println("SubClass init!");
	}
	
}

public class NotInitialization {

	public static void main(String[] args) {
		System.out.println(SubClass.value);
	}
}

运行结果：
SuperClass init!
1

这段代码最后执行结果只会输出：“SuperClass init!”，而不会输出：“SubClass init!”。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。至于是否需要触发子类的加载和验证，在虚拟机规范中并未明确规定，这点取决于具体的虚拟机实现。对于Sun HotSpot虚拟机来讲，可以通过设置-XX:TraceClassLoading参数观察到此操作会导致子类的加载。

/**
 * @author godman
 * @description 被动使用类字段演示二：通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化
 * @version 2018年9月23日 下午2:34:08
 */
public class NotInitialization {

	public static void main(String[] args) {
		SuperClass[] supers = new SuperClass[10];
		System.out.println(supers.length);
	}
}

运行结果：
10

运行以上代码，发现并没有输出：“SuperClass init!”，说明并没有初始化SuperClass类。

public class Constants {
	
	static {
		System.out.println("Constants init!");
	}

	public static final String WORD = "hello, world!";
}

/**
 * @author godman
 * @description 被动使用类字段演示三：常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用到定义常量的类，因此不会触发定义常量的类的初始化
 * @version 2018年9月23日 下午2:34:08
 */
public class NotInitialization {

	public static void main(String[] args) {
		System.out.println(Constants.WORD);
	}
}

运行结果：
hello, world!

上述代码运行之后也不会输出：“Constants init!”，这是因为虽然在Java源码中引用了Constants类中的常量WORD，但其实在编译阶段通过常量传播优化，已经将此常量的值"hello,world!"存储到了NotInitialization类的常量池中，以后NotInitialization对常量Constants.WORD的引用实际上都转化为NotInitialization类对自身常量池的引用了。也就是说，实际上NotInitialization的Class文件中并没有Constants类的符号引用入口，这两个类在编译完成之后就不存在任何联系了。
接口的加载过程与类的加载过程稍微有一些不同，针对接口需要做一些特殊的说明：接口也有初始化过程，这点与类是一致的，上面的代码都是使用静态代码块"static{}"来输出初始化信息的，而接口中不能使用"static{}“语句块，但编译器仍然会为接口生成”()"类构造器，用于初始化接口中所定义的成员变量。接口与类真正有区别的是之前讲的5种“有且仅有”需要进行初始化情况的第3种：当一个类在初始化时，要求其父类全部都已经初始化过了。但是一个接口在初始化时，并不要求其父类接口全部都已经完成了初始化，只有在真正使用到了父接口的时候（如引用接口中定义的常量）才会初始化

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