一題搞定static關鍵字
基礎不牢,地動山搖
開篇一道題,考察程式碼執行順序:
public class Parent {
static {
System.out.println("Parent static initial block");
}
{
System.out.println("Parent initial block");
}
public Parent() {
System.out.println("Parent constructor block");
}
}
public class Child extends Parent {
static {
System.out.println("Child static initial block");
}
{
System.out.println("Child initial block");
}
private Hobby hobby = new Hobby();
public Child() {
System.out.println("Child constructor block");
}
}
public class Hobby {
static{
System.out.println("Hobby static initial block");
}
public Hobby() {
System.out.println("hobby constructor block");
}
}
當執行new Child()
時,上述程式碼輸出什麼?
相信有不少同學遇到過這類問題,可能查過資料之後接著就忘了,再次遇到還是答不對。接下來課代表通過4個步驟,帶大家拆解一下這段程式碼的執行順序,並藉此總結規律。
1.編譯器優化了啥?
下面兩段程式碼對比一下編譯前後的變化:
編譯前的Child.java
public class Child extends Parent {
static {
System.out.println("Child static initial block");
}
{
System.out.println("Child initial block");
}
private Hobby hobby = new Hobby();
public Child() {
System.out.println("Child constructor block");
}
}
編譯後的Child.class
public class Child extends Parent {
private Hobby hobby;
public Child() {
System.out.println("Child initial block");
this.hobby = new Hobby();
System.out.println("Child constructor block");
}
static {
System.out.println("Child static initial block");
}
}
通過對比可以看到,編譯器把初始化塊和例項欄位的賦值操作,移動到了建構函式程式碼之前,並且保留了相關程式碼的先後順序。事實上,如果建構函式有多個,初始化程式碼也會被複制多份移動過去。
據此可以得出第一條優先順序順序:
- 初始化程式碼 > 建構函式程式碼
2.static 有啥作用?
類的載入過程可粗略分為三個階段:載入 -> 連結 -> 初始化
初始化階段可被 8種情況(參考《深入理解Java虛擬機器器(第三版)周志明》P359)觸發:
- 使用 new 關鍵字例項化物件的時候
- 讀取或設定一個型別的靜態欄位(常量除外)
- 呼叫一個型別的靜態方法
- 使用反射呼叫類的時候
- 當初始化類的時候,如果發現父類還沒有進行過初始化,則先觸發其父類初始化
- 虛擬機器器啟動時,會先初始化主類(包含
main()
方法的那個類) - 當初次呼叫 MethodHandle 例項時,初始化該 MethodHandle 指向的方法所在的類。
- 如果介面中定義了預設方法(default 修飾的介面方法),該介面的實現類發生了初始化,則該介面要在其之前被初始化
其中的2,3條目是被static
程式碼觸發的。
其實初始化階段就是執行類構造器<clinit>
方法的過程,這個方法是編譯器自動生成的,裡面收集了static
修飾的所有類變數的賦值動作和靜態語句塊(static{} 塊),並且保留這些程式碼出現的先後順序。
根據條目5,JVM 會保證在子類的<clinit>
方法執行前,父類的<clinit>
方法已經執行完畢。
小結一下:訪問類變數或靜態方法,會觸發類的初始化,而類的初始化就是執行<clinit>
,也就是執行 static
修飾的賦值動作和static{}
塊,並且 JVM 保證先執行父類初始化,再執行子類初始化。
由此得出第二條優先順序順序:
- 父類的
static
程式碼 > 子類的static
程式碼
3.static 程式碼只執行一次
我們都知道,static
程式碼(靜態方法除外)只執行一次。
你有沒有想過,這個機制是如何保證的呢?
答案是:雙親委派模型。
JDK8 及之前的雙親委派模型是:
應用程式類載入器 → 擴充套件類載入器 → 啟動類載入器
平時開發中寫的類,預設都是由 應用程式類載入器載入,它會委派給其父類:擴充套件類載入器。而擴充套件類載入器又會委派給其父類:啟動類載入器。只有當父類載入器反饋無法完成這個載入請求時,子載入器才會嘗試自己去完成載入,這個過程就是雙親委派。三者的父子關係並不是通過繼承,而是通過組合模式實現的。
該過程的實現也很簡單,下面展示關鍵實現程式碼:
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException
{
// 首先檢查該類是否被載入過
// 如果載入過,直接返回該類
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
try {
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// 如果父類丟擲ClassNotFoundException
// 說明父類無法完成載入請求
}
if (c == null) {
// 如果父類無法載入,轉由子類載入
c = findClass(name);
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
結合註釋相信大家很容易看懂。
由雙親委派的程式碼可知,同一個類載入器下,一個類只能被載入一次,也就限定了它只能被初始化一次。所以類中的 static
程式碼(靜態方法除外)只在類初始化時執行一次
4. <init>
和<clinit>
前面已經介紹了編譯器自動生成的類構造器:<clinit>
方法,它會收集static
修飾的所有類變數的賦值動作和靜態語句塊(static{} 塊)並保留程式碼的出現順序,它會在類初始化時執行
相應的,編譯器還會生成一個<init>
方法,它會收集例項欄位的賦值動作、初始化語句塊({}塊)和構造器(Constructor)中的程式碼,並保留程式碼的出現順序,它會在 new 指令之後接著執行
所以,當我們new 一個類時,如果JVM未載入該類,則先對其進行初始化,再進行例項化。
至此,第三條優先順序規則也就呼之欲出了:
- 靜態程式碼(static{}塊、靜態欄位賦值語句) > 初始化程式碼({}塊、例項欄位賦值語句)
5. 規律實踐
將前文的三條規則合併,總結出如下兩條:
1.靜態程式碼(static{}塊、靜態欄位賦值語句) > 初始化程式碼({}塊、例項欄位賦值語句) > 建構函式程式碼
2.父類的static
程式碼 > 子類的static
程式碼
根據前文總結,初始化程式碼和建構函式程式碼被編譯器收集到了<init>
中,靜態程式碼被收集到了<clinit>
中,所以再次對上述規律做合併:
父類<clinit>
> 子類<clinit>
> 父類 <init>
> 子類 <init>
對應到開篇的問題,我們來實踐一下:
當執行new Child()
時,new關鍵字觸發了 Child 類的初始化 ,JVM 發現其有父類,則先初始化 Parent 類,開始執行Parent類的<clinit>
方法,然後執行 Child 類的<clinit>
方法(還記得<clinit>
裡面收集了什麼嗎?)。
然後開始例項化 一個Child類的物件,此時準備執行 Child 的<init>
方法,發現它有父類,優先執行父類的<init>
方法,然後再執行子類的<init>
(還記得<init>
裡面收集了什麼嗎?)。
相信看到這裡,各位心中已經對開篇的問題有答案了,不妨先手寫一下輸出順序,然後寫程式碼親自驗證一下。
結束語
平時開發中經常用到static
,每次寫的時候,心裡總會打兩個問號,我為什麼要用static
?不用行不行?這正應了開篇的第一句話:
基礎不牢,地動山搖
通過本文可以看出,static
的應用遠遠不止類變數,靜態方法那麼簡單。在經典的單例模式中,你將看到static
的各種用法,下一篇就寫如何花式編寫單例模式。
附上答案:
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