类加载的时机

目录

1、类加载的生命周期
2、类初始化阶段进行的时机（主动引用）
3、被动引用（不会触发类初始化）
4、接口的加载过程

1、类加载的生命周期

类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内出为止，它的整个生命周期包括：加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载 7 个阶段。其中 验证、准备、解析 3 个部分统称为连接，这 7 个阶段的发生顺序如下图所示。

类的声明周期.png
其中，加载、验证、准备、初始化和卸载这 5 个阶段的顺序是一致的，类的加载过程必须按照这种顺序来按部就班的开始，而解析阶段则不一定：它在某些情况下可以在初始化阶段之后在开始。注意，这里写的按部就班的“开始”，而不是按部就班的“进行”或“完成”，强调这点是因为这些阶段通常都是相互交叉的混合式进行，通常会在一个阶段执行的过程中调用、激活另外一个阶段。

2、类初始化阶段进行的时机（主动引用）

什么情况下需要开始类加载过程的第一个阶段：加载？Java 虚拟机规范中并没有强制约束，这点可以交给虚拟机的具体实现来自由把握。但是对于初始化阶段，虚拟机规范则是严格规定了有且只有 5 种情况必须对类进行“初始化”（而加载、验证、准备自然需要在此之前开始）：

1. 遇到 new、getstatic、putsatic 或 invokestatic 这 4 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 4 条指令的最常见的 java 代码场景是：使用 new 关键字实例化对象的时候、读取或设置一个类的静态字段（被 final 修饰 以及 已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外）的时候，以及调用一个类的静态方法的时候。
2. 使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
3. 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化。
4. 当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含 main() 方法的那个类），虚拟器会先初始化这个主类。
5. 当使用 JDK 1.7 的动态语言支持时，如果一个 java.lang.invoke.MethodHandle 实例最后的解析结果为 REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic 的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要出发其初始化。

对于这 5 种触发类进行初始化的场景，虚拟机规范中使用了一个很强烈的限定于：“有且仅有”，这 5 中场景中的行为称为对一个类进行主动引用。

3、被动引用（不会触发类初始化）

除了主动引用之外，其他引用类的方式都不会触发类初始化，称为被动引用。下面说明 3 种情况下才会出现被动引用：

• 通过子类引用父类的静态变量，不会导致 子类 初始化。

package com.np.vm.classloading;

public class SuperClass {
    static {
        System.out.println("SuperClass init!");
    }
    public static int value = 1;
}

class SubClass extends SuperClass {
    static {
        System.out.println("SubClass init!");
    }
}

class NotInitialization {
    public static void main(String[] agrs) {
        // 非主动使用类字段.
        System.out.println(SubClass.value);
    }
}

上述代码运行之后，只会输出“SuperClass init！”，而不会输出“SubClass init！”。因为对于静态字段，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。

• 通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化。

package com.np.vm.classloading;

public class NotInitializationTest {

    static class SuperClass {
        static {
            System.out.println("SuperClass init!");
        }
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        SuperClass[] superClasses = new SuperClass[10];
    }
}

上述代码运行之后，发现没有输出 “SuperClass init！”，说明并没有触发类 com.np.vm.classloading.NotInitialization$SuperClass 的初始化阶段。但是这段代码里面触发了另外一个名为 “[Lcom.np.vm.classloading.NotInitialization$SuperClass” 的类的初始化阶段，对于用户代码来说，这并不是一个合法的类名称，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。这个类代表了一个元素类型为 com.np.vm.classloading.NotInitialization$SuperClass 的一维数组，数组中应用的属性和方法都实现在这个类里。

• 通过常量来引用类，不会触发此类的初始化。

package com.np.vm.classloading;

public class ConstClass {
    static {
        System.out.println("ConstClass init!");
    }
    public static final String HELLO_WORLD = "hello world";
    
    static class NotInitialization {
        public static void main(String[] args) {
            // 非主动使用类字段
            System.out.println(ConstClass.HELLO_WORLD);
        }
    }
}

上述代码运行之后，也没有输出“ConstClass init！”，这是因为虽然在 Java 源码中引用了 ConstClass 类中的常量 HELLO_WORLD，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 world” 存储到了 NotInitialization 类的常量池中，以后 NotInitialization 对常量 ConstClass.HELLO_WORLD 的引用实际都被转化为 NotInitialization 类对自身常量池的引用了。也就是说，实际上 NotInitialization 的 Class 文件之中并没有 ConstClass 类的符号引用入口，这两个类在编译成 Class 之后就不存在任何联系了（同情 ConstClass 类~）。

4、接口的加载过程

接口的加载过程 与类加载过程稍有不同，针对接口需要做一些特殊说明：接口也有初始化过程，这点与类是一致的，上面额代码都是用静态语句块“static {}” 来输出初始化信息，而接口中不能使用 “static {}” 语句块，但编译期仍然会为接口生成 “<clinit>()” 类构造器，用于初始化接口中所定义的成员变量。接口与类真正的区别是前面讲述的 5 中“有且仅有” 需要开始初始化场景中的第 3 中：当一个类在初始化时，要求其父类全部都已经初始化过了，但是一个接口在初始化时，并不要求其父类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。

最后来个总结：

1. 类加载的生命周期包括 加载、验证、准备、初始化、使用以及卸载这 7 个阶段。
2. 了解类初始化阶段的主动引用和被动引用。主动引用只有通过上面讲的 5 种场景中的行为才能发生；被动引用的三种情况。
3. 接口的加载过程。

下一篇文章：类加载的过程