从JVM角度看为什么final字段可以“延迟“到构造方法中初始化

我们都知道在Java中final字段都是要在定义时完成初始化工作的，否则通不过编译。但是有一处例外，那就是对于对象的字段来说final字段可以"延迟"到构造方法，或者static {}语句块中初始化，例如下面的代码

public class FinalTest {
    private static final Object staticObj;
    private final Object noneStatic;

    static {
        staticObj = new Object();
    }

    public FinalTest() {
        noneStatic = new Object();
    }

}

是可以正常通过编译的。

相信大部分朋友在初学阶段会把这当成一个语法特例记下来，但实际上在字节码层面这是非常合理的。近期笔者在实现自己的Mini-JVM时就意外发现了这个问题的答案，特此分享。

"多"编译出来的字节码

还是拿上面的代码为例，稍微修改一下，把手动编写的构造方法和static{}去掉：

public class FinalTest {
    private static final Object staticObj = new Object();
    private final Object noneStatic = new Object();
}

如果用javap -verbose FinalTest来看一下编译后的class文件的话会有惊奇的发现：

  public com.fh.FinalTest(); // <init>构造方法
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=3, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: aload_0
         5: new           #2                  // class java/lang/Object
         8: dup
         9: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
        12: putfield      #3                  // Field noneStatic:Ljava/lang/Object;
        15: return
      LineNumberTable:
        line 12: 0
        line 13: 4
        line 14: 15

  static {}; // <clinit>方法 
    descriptor: ()V
    flags: ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=0, args_size=0
         0: new           #2                  // class java/lang/Object
         3: dup
         4: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         7: putstatic     #4                  // Field staticObj:Ljava/lang/Object;
        10: return
      LineNumberTable:
        line 9: 0
        line 10: 10

可以看到，虽然编译器确实自动生成了一个无参数的构造方法，但里面不是空的，竟然有字节码，而我们实际上并没有提供构造方法。仔细一看FinalTest()里的字节码的功能其实刚好是对字段noneStatic的初始化工作。同样的，我们并没有编写static {}代码，编译器却依然给们生成了静态语句块代码，而内容也恰好是staticObj的初始化。

由此我们可以得出结论：对象或者类级别的字段其实是在构造方法或者static {}语句块中完成初始化的。这样一来，允许程序员把final字段"延迟"到构造方法或者static {}中初始化自然也是很正常的事了，因为本来就该如此。站在class文件结构的角度来看，字节码只是常量池中MethodRef，即方法引用常量的一个属性，因此如果我们在定义类/对象的字段时如果后面跟了赋值操作，那么这个操作的字节码别地方也没处待，只能放在常量池的方法引用常量中。这样的话放在构造方法或者static{}中就合情合理了。

PS: 编译器会把static{}块中的代码抽象成一个叫<clinit>的特殊方法存储在class文件中

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其实对于JVM的很多疑问都是可以通过尝试自己去实现一个JVM来解决的，笔者就是在实现JVM的过程中发现class文件中总是有一些"多余"的字节码"偶然"发现的。虽然市面上有很多讲解JVM原理的书，但是看的再多也比不上自己去写，这就跟我们高中数学课本上的公式原理都很简单，但是题就是不会做是一样的道理。