深刻理解 Java 虚拟机（五）类加载的时机

概述

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，最终造成能够被虚拟机直接使用的 Java 类型，这就是虚拟机的类加载机制。

与 C++ 等须要进行连接工做的语言不一样，在 Java 里面，类的加载、链接和初始化过程都是在程序运行期间完成的，虽然这会带来一些性能开销，但会为 Java 应用程序提供高度的灵活性，Java 天生能够动态扩展的语言特性就是依赖运行期动态加载和动态链接这个特色实现的。例如，应用程序能够在运行时再指定其实际的实现类；用户能够经过 Java 预约义的和自定义的类加载器，让一个本地的应用程序能够在运行时从网络或其它地方加载一个二进制流做为程序代码的一部分，这种组装应用程序的方式目前已经普遍应用于 Java 程序之中，包括最基础的 Applet、JSP 和相对复杂的 OSGi 技术。

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，通过的生命周期包括：加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载，其中验证、准备、解析三部分统称为链接，这七个阶段的开始顺序如图所示：

加载、验证、准备、初始化和卸载这 5 个阶段的开始顺序是肯定的，但解析阶段则不必定，它在某些状况下能够在初始化阶段以后再开始，这是为了支持 Java 的运行时绑定。注意，这里说的是 “开始” 顺序，而不是 “进行” 顺序，由于这些阶段一般是互相交叉地混合式进行的。

Java 虚拟机规范没有强制约束开始类加载过程的第一阶段，但对初始化阶段则明确规定有且只有 5 种状况必须当即对类进行初始化：

1) 遇到 new、getstatic、putstatic 或 invokestatic 这 4 条指令时，若是类没有进行过初始化，则必须触发其初始化。生成这 4 条指令的常见 Java 代码场景是：使用 new 关键字实例化对象、读取或者设置一个 static 变量（被 final 修饰，在编译期就把结果放入常量池的除外）、调用一个类的静态方法。

https://weheartit.com/g5uarct3elfC
https://www.xiachufang.com/cook/128991127/
https://www.xiachufang.com/cook/130639782/

2) 使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用的时候，若是类没有进行过初始化，则必须触发其初始化。

3) 当初始化一个类时，若是其父类没有进行过初始化，则必须触发其父类的初始化。

4) 当虚拟机启动时，用户须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类。

5) 当使用 JDK 1.7 的动态语言支持时，若是一个 java.lang.invoke.MethodHandle 要实例化最后的解析结果 REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic 的方法句柄，而且句柄所对应的类没有进行过初始化，则必须触发其初始化。

这 5 种行为称为对类的主动引用，除此以外，全部引用类的方式都是被动引用，都不会触发类的初始化。好比：

1) 经过子类引用父类的静态字段，不会致使子类初始化

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 NotInitialization {

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

}

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输出：

SuperClass init
123

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2) 经过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化

public class NotInitialization {

    public static void main(String[] args) {
        SuperClass[] sca = new SuperClass[10];
    }

}

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输出：无

虽然这里未触发 (package_name).SuperClass 的初始化阶段，但这里触发了另外一个名为 “[L(package_name).SuperClass” 的（数组）类的初始化，它是由虚拟机自动生成的，直接继承 Object 的子类，建立动做由字节码指令 newarray 触发。这个类表明了元素类型为 SuperClass 的一维数组，数组应有的属性和方法都实如今这个类里。Java 中对数组的访问比 C++/C 相对安全就是由于这个类封装了数组元素的访问方法。

3) 常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上没有直接引用到定义常量的类，所以不会触发定义常量的类的初始化

public class ConstClass {

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

    public static final String HELLOWORLD = "hello world"; // 注意和 1) 不一样的是，这里使用了 final 进行修饰，属于常量
}

public class NotInitialization {

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

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输出：

hello world

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虽然源码中引用了 ConstClass 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 wrodld” 存储到了 NotInitialization 类的常量池中，之后 NotInitialization 对常量 HELLOWORLD 的引用实际上都会被转化为对 NotInitialization 类自身对常量池的引用。

接口的加载过程与普通类有所不一样：

1) 接口不能使用 static 语句块， 但编译期仍然会为接口生成 < clinit > 方法，用于初始化接口所定义的成员变量

2) 当一个普通类在初始化时，要求其父类都已经初始化，但一个接口在初始化时，不要求其父接口所有完成初始化，只有在真正用到父接口的时候才会初始化