深入了解JVM(八)——類加載的時機

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類的生命周期

一個類從加載進記憶體到解除安裝出記憶體為止，一共經曆7個階段： 

加載——>驗證——>準備——>解析——>初始化——>使用——>解除安裝

其中，類加載包括5個階段： 

加載——>驗證——>準備——>解析——>初始化

在類加載的過程中，以下3個過程稱為連接配接： 

驗證——>準備——>解析

是以，JVM的類加載過程也可以概括為3個過程： 

加載——>連接配接——>初始化

C/C++在運作前需要完成預處理、編譯、彙編、連結；而在Java中，類加載(加載、連接配接、初始化)是在程式運作期間完成的。 

在程式運作期間進行類加載會稍微增加程式的開銷，但随之會帶來更大的好處——提高程式的靈活性。Java語言的靈活性展現在它可以在運作期間動态擴充，所謂動态擴充就是在運作期間動态加載和動态連接配接。 

類加載的時機

1. 類加載過程中每個步驟的順序

我們已經知道，類加載的過程包括：加載、連接配接、初始化，連接配接又分為：驗證、準備、解析，是以說類加載一共分為5步：加載、驗證、準備、解析、初始化。

其中加載、驗證、準備、初始化的開始順序是依次進行的，這些步驟開始之後的過程可能會有重疊。 

而解析過程會發生在初始化過程中。 

2. 類加載過程中“初始化”開始的時機

JVM規範中隻定義了類加載過程中初始化過程開始的時機，加載、連接配接過程都應該在初始化之前開始(解析除外)，這些過程具體在何時開始，JVM規範并沒有定義，不同的虛拟機可以根據具體的需求自定義。

初始化開始的時機：

1. 在運作過程中遇到如下位元組碼指令時，如果類尚未初始化，那就要進行初始化：new、getstatic、putstatic、invokestatic。這四個指令對應的Java代碼場景是： 
   • 通過new建立對象；
   • 讀取、設定一個類的靜态成員變量(不包括final修飾的靜态變量)；
   • 調用一個類的靜态成員函數。
2. 使用java.lang.reflect進行反射調用的時候，如果類沒有初始化，那就需要初始化；
3. 當初始化一個類的時候，若其父類尚未初始化，那就先要讓其父類初始化，然後再初始化本類；
4. 當虛拟機啟動時，虛拟機會首先初始化帶有main方法的類，即主類； 

3. 主動引用 與 被動引用

JVM規範中要求在程式運作過程中，“當且僅當”出現上述4個條件之一的情況才會初始化一個類。如果間接滿足上述初始化條件是不會初始化類的。 

其中，直接滿足上述初始化條件的情況叫做主動引用；間接滿足上述初始化過程的情況叫做被動引用。 

那麼，隻有當程式在運作過程中滿足主動引用的時候才會初始化一個類，若滿足被動引用就不會初始化一個類。 

4. 被動引用的場景示例

• 示例一

public class Fu{
    public static String name = "柴毛毛";
    static{
        System.out.println("父類被初始化！");
    }
}

public class Zi{
    static{
        System.out.println("子類被初始化！");
    }
}

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

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輸出結果： 

父類被初始化！ 

柴毛毛 

原因分析： 

本示例看似滿足初始化時機的第一條：當要擷取某一個類的靜态成員變量的時候如果該類尚未初始化，則對該類進行初始化。 

但由于這個靜态成員變量屬于Fu類，Zi類隻是間接調用Fu類中的靜态成員變量，是以Zi類調用name屬性屬于間接引用，而Fu類調用name屬性屬于直接引用，由于JVM隻初始化直接引用的類，是以隻有Fu類被初始化。 

• 示例二

public class A{
    public static void main(String[] args){
        Fu[] arr = new Fu[10];
    }
}           

并沒有輸出“父類被初始化！” 

這個過程看似滿足初始化時機的第一條：遇到new建立對象時若類沒被初始化，則初始化該類。 

但現在通過new要建立的是一個數組對象，而非Fu類對象，是以也屬于間接引用，不會初始化Fu類。 

• 示例三

public class Fu{
    public static final String name = "柴毛毛";
    static{
        System.out.println("父類被初始化！");
    }
}

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

本示例看似滿足類初始化時機的第一個條件：擷取一個類靜态成員變量的時候若類尚未初始化則初始化類。 

但是，Fu類的靜态成員變量被final修飾，它已經是一個常量。被final修飾的常量在Java代碼編譯的過程中就會被放入它被引用的class檔案的常量池中(這裡是A的常量池)。是以程式在運作期間如果需要調用這個常量，直接去目前類的常量池中取，而不需要初始化這個類。 

5. 接口的初始化

接口和類都需要初始化，接口和類的初始化過程基本一樣，不同點在于：類初始化時，如果發現父類尚未被初始化，則先要初始化父類，然後再初始化自己；但接口初始化時，并不要求父接口已經全部初始化，隻有程式在運作過程中用到當父接口中的東西時才初始化父接口。