【深入Java虚拟机(3)】:类初始化

类初始化是类加载过程的最后一个阶段,到初始化阶段,才真正开始执行类中的Java程序代码。虚拟机规范严格规定了有且只有四种情况必须立即对类进行初始化

  • 遇到new、getstatic、putstatic、invokestatic这四条字节码指令时,如果类还没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。生成这四条指令最常见的Java代码场景是:使用new关键字实例化对象时、读取或设置一个类的静态字段(static)时(被static修饰又被final修饰的,已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外)、以及调用一个类的静态方法时。
  • 使用Java.lang.refect包的方法对类进行反射调用时,如果类还没有进行过初始化,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,用户需要指定一个要执行的主类,虚拟机会先执行该主类。

虚拟机规定只有这四种情况才会触发类的初始化,称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其初始化,称为被动引用。下面举一些例子来说明被动引用。

1、通过子类引用父类中的静态字段,这时对子类的引用为被动引用,因此不会初始化子类,只会初始化父类

class Father{
	public static int m = 33;
	static{
		System.out.println("父类被初始化");
	}
}

class Child extends Father{
	static{
		System.out.println("子类被初始化");
	}
}

public class StaticTest{
	public static void main(String[] args){
		System.out.println(Child.m);
	}
}

执行后输出的结果如下:

父类被初始化
    33

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。

2、常量在编译阶段会存入调用它的类的常量池中,本质上没有直接引用到定义该常量的类,因此不会触发定义常量的类的初始化

class Const{
	public static final String NAME = "我是常量";
	static{
		System.out.println("初始化Const类");
	}
}

public class FinalTest{
	public static void main(String[] args){
		System.out.println(Const.NAME);
	}
}

执行后输出的结果如下:

我是常量

虽然程序中引用了const类的常量NAME,但是在编译阶段将此常量的值“我是常量”存储到了调用它的类FinalTest的常量池中,对常量Const.NAME的引用实际上转化为了FinalTest类对自身常量池的引用。也就是说,实际上FinalTest的Class文件之中并没有Const类的符号引用入口,这两个类在编译成Class文件后就不存在任何联系了。

3、通过数组定义来引用类,不会触发类的初始化

class Const{
	static{
		System.out.println("初始化Const类");
	}
}

public class ArrayTest{
	public static void main(String[] args){
		Const[] con = new Const[5];
	}
}

执行后不输出任何信息,说明Const类并没有被初始化

但这段代码里触发了另一个名为“LLConst”的类的初始化,它是一个由虚拟机自动生成的、直接继承于java.lang.Object的子类,创建动作由字节码指令newarray触发,很明显,这是一个对数组引用类型的初初始化,而该数组中的元素仅仅包含一个对Const类的引用,并没有对其进行初始化。如果我们加入对con数组中各个Const类元素的实例化代码,便会触发Const类的初始化,如下:

class Const{
	static{
		System.out.println("初始化Const类");
	}
}

public class ArrayTest{
	public static void main(String[] args){
		Const[] con = new Const[5];
		for(Const a:con)
			a = new Const();
	}
}

这样便会得到如下输出结果:

初始化Const类
根据四条规则的第一条,这里的new触发了Const类。

最后看一下接口的初始化过程与类初始化过程的不同。

接口也有初始化过程,上面的代码中我们都是用静态语句块来输出初始化信息的,而在接口中不能使用“static{}”语句块,但编译器仍然会为接口生成<clinit>类构造器,用于初始化接口中定义的成员变量(实际上是static final修饰的全局常量)。

二者在初始化时最主要的区别是:当一个类在初始化时,要求其父类全部已经初始化过了,但是一个接口在初始化时,并不要求其父接口全部都完成了初始化,只有在真正使用到父接口的时候(如引用接口中定义的常量),才会初始化该父接口。这点也与类初始化的情况很不同,回过头来看第2个例子就知道,调用类中的static final常量时并不会 触发该类的初始化,但是调用接口中的static final常量时便会触发该接口的初始化。

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