Java虚拟机类加载时机

文章摘自：深入理解Java虚拟机第二版周志明著

代码编译的结果从本地机器码转变为字节码。

在Class文件中描述的各种信息，最终都需要加载到虚拟机中之后才能运行和使用。虚拟机把描述类的数据从class文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型，这就是虚拟机的类加载机制。

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Verification、准备Preparation、解析Resolution、初始化Initialization、使用Using和卸载Unloading7个阶段。其中验证、准备、解析3个部分统称为连接Linking。

加载、验证、准备、初始化和卸载这5个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，而解析阶段不一定。解析阶段在某些清空下可以在初始化阶段之后再开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定。

对于初始化阶段，虚拟机规范严格规定了有且只有5种情况必须离即对类进行“初始化”（加载验证准备自然需要在此之前开始）：

1)遇到new、getstatic、putstatic或者invokestatic这四条字节码指令时候，如果类没有进行过初始化，则需要先出发其初始化。生成这四条指令的最常见的Java代码场景是：使用new关键字实例化对象的时候、读取或者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。

2）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。

3）当初时候一个类时，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要先出发其父类的初始化。

4）当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含main方法的那个类），虚拟机会先初始化这个主类。

5）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REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先出发其初始化。

有且只有这5中场景中的行为称为对一个类进行主动引用。除此之外，所有应用类的方式都不会出发初始化，称为被动引用。如下为被动引用的例子：

/**
 * 被动使用类字段：
 * 通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化
 * @author gary
 *
 */
public class SuperClass {
	
	static {
		System.out.println("SuperClass init!");
	}
	
	public static int value = 123;
}

public class SubClass extends SuperClass {
	
	static {
		System.out.println("SubClass init!");
	}
}

public class ConstClass {
	
	static {
		System.out.println("ConstClass init!");
	}
	
	public static final String HELLOWORLD = "hello world";
}

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

SuperClass init!
123

可以看出，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，只会出发父类的初始化而不会出发子类的初始化。

public class NotInitialization {
	
	public static void main(String[] args) {
		//System.out.println(SubClass.value);
		SuperClass[] sca = new SuperClass[10];
	}
}

可以看出，并没有输出SuperClass init，证明没出发SuperClass的初始化阶段。但是这段代码出发了另外一个类的初始化，这个类代表了一个元素类型为...SuperClass的一维数组，数组中应有的属性和方法都实现在这个类里。Java语言中对数组的访问比C/C++相对安全是因为这个类封装了数组元素的访问方法，而C/C++直接翻译为对数组指针的移动。

public class NotInitialization {
	
	public static void main(String[] args) {
		//System.out.println(SubClass.value);
		//SuperClass[] sca = new SuperClass[10];
		System.out.println(ConstClass.HELLOWORLD);
	}
}

hello world

可以看出，没有输出ConstClass init,因为虽然在代码中引用了ConstCalss类中的常量HELLOWORLD，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NotInitialication类的常量池中，以后NotInitialication对常量ConstClass.HELLOWORLD的引用实际都转化为NotInitialication类对自身常量池的引用了。

接口也有初始化过程，这点与类一样。上述代码使用静态语句块static{}来输出初始化信息的，而接口中不能使用static{}语句块，但是编译器仍然会为接口生成<clinit>()类构造器，用与初始化接口中所定义的成员变量。接口与类真正有所区别的是前面讲述的初始化场景中的第3中：当一个类在初始化时，要求其父类全部都已经初始化过了，但是一个接口初始化时，并不要求其父接口全部都完成初始化，只有在真正使用父接口才回初始化。

Java虚拟机类加载时机

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