全面解析JVM加载中初始化的时机

JVM类加载过程

JVM类加载过程分为几个阶段，分别是加载、验证、准备、解析和初始化。加载是把二进制字节码载入内存，验证是校验字节流中包含的信息是否符合当要求，准备是为静态变量分配内存并设置静态变量初始值，解析是把常量池内的符号引用替换为直接引用，初始化是执行所有静态变量的赋值动作和静态语句块中的语句。更多详尽分析请阅读之前的文章《JVM的类加载机制全面解析》，这里不再赘述了。

类初始化的时机

对于我们开发人员，我认为应该具体了解一下初始化阶段什么时候在开始。JVM规范对此做了严格规范，有且只有以下5种情况必须对类进行初始化：

1. 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令时，如果类没有被初始化过，就需要先进行初始化。对于字节码指令不了解的同学，可能就是一脸蒙圈了。我们来说人话，就是：使用new关键字实例化对象的时候、读取和设置一个类的静态字段（不被final修饰的）和调用一个类的静态方法的时候。这样说更容易被理解一些。
   
2. 使用java.lang.reflect包中的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有被初始化过，就需要先进行初始化。
   
3. 当初始化一个类的时候，如果发现它的父类还没有被初始化过，就需要先初始化它的父类。
   
4. JVM会先初始化要执行的主类，也是包含main()方法的那个类。
   
5. 当使用JDK 1.7的动态语言支持时，如果java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果是REF_getStatic（使用MethodHandle读取类的静态字段）、REF_putStatic（使用MethodHandle设置类的静态字段）、REF_invokeStatic（使用MethodHandle调用类的静态方法）的方法句柄时，如果这个方法句柄没有被初始化过，就需要先进行初始化。
   

被动引用

刚刚提到的5种情况，都会触发初始化，这些行为为称为对一个类的主动引用。除了这些以外，所有引用类的方式都不会触发初始化，被为被动引用。为了更好的理解，下面举几个被动引用的例子。

通过子类引用父类的静态变量

public class SuperClass {
    static {
        System.out.println("父类正在初始化");
    }
 
    public static String name = "万猫学社";
}

public class SubClass extends SuperClass {
    static {
        System.out.println("子类正在初始化");
    }
}

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

对于静态变量，只有直接定义这个变量的类才会被初始化，通过子类引用父类中定义的静态变量，只会触发父类的初始化而不会触发子类的初始化，运行的结果是：

父类正在初始化
万猫学社

结果中并没有“子类正在初始化”。

通过数组定义来引用类

public class OneMoreStudy {
    public static void main(String[] args) {
        SuperClass[] arrays = new SuperClass[10];
        System.out.println("数组元素个数：" + arrays.length);
    }
}

这段代码中使用之前的SuperClass类，定义了一个SuperClass类的一维数组，运行后的结果是：

数组元素个数：10

结果中并没有“父类正在初始化”，说明并没有触发SuperClass类的初始化。实际上，有一个名为“[LSuperClass”的类被初始化了，它是由JVM自动生成的、直接继承于java.lang.Object，创建动作由字节码指令newarray触发。

常量

public class ConstClass {
    static {
        System.out.println("有常量的类正在初始化");
    }
 
    public static final String NAME = "万猫学社";
}

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

常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质没有直接引用到定义的常量的类，不会触发定义常量的类的初始化，所以运行的结果是：

万猫学社

结果中并没有“有常量的类正在初始化”。

接口初始化的时机

接口也有初始化过程，和类是一致的。不过接口中不能使用“static{}”语句块，但编译器仍然会为接口生成“clinit()”类构造器，用于初始化接口中所定义的成员变量。

接口初始化的时机，基本和之前提到的类的5种情况基本一致，唯一不一样的是第3种情况：在一个类被初始化时，它的父类也必须被初始化，但是一个接口被初始化时，它的父接口并不要求被初始化。只有在真正使用到父接口时才会被初始化，比如：引用父接口中定义的常量。

结语

这次主要分享了类在什么时候被初始化，共有5种情况。除了这种5种情况的引用叫做被动引用，同时举了3个被动引用的例子。同时，也提到初始化接口和类有什么不同。