Java類的載入機制（類載入和初始化順序）
Java類載入機制中最重要的就是程式初始化過程，其中包含了靜態資源，非靜態資源，父類子類，構造方法之間的執行順序。這類知識經常會出現在面試題中，如果沒有搞清楚其原理，在複雜的開源設計中可能無法梳理其業務流程，是java程式設計師進階的阻礙。
首先通過一個例子來分析java程式碼的執行順序：
public class CodeBlockForJava extends BaseCodeBlock { { System.out.println("這裡是子類的普通程式碼塊"); } public CodeBlockForJava() { System.out.println("這裡是子類的構造方法"); } @Override public void msg() { System.out.println("這裡是子類的普通方法"); } public static void msg2() { System.out.println("這裡是子類的靜態方法"); } static { System.out.println("這裡是子類的靜態程式碼塊"); } public static void main(String[] args) { BaseCodeBlock bcb = new CodeBlockForJava(); bcb.msg(); } Other o = new Other(); } class BaseCodeBlock { public BaseCodeBlock() { System.out.println("這裡是父類的構造方法"); } public void msg() { System.out.println("這裡是父類的普通方法"); } public static void msg2() { System.out.println("這裡是父類的靜態方法"); } static { System.out.println("這裡是父類的靜態程式碼塊"); } Other2 o2 = new Other2(); { System.out.println("這裡是父類的普通程式碼塊"); } } class Other { Other() { System.out.println("初始化子類的屬性值"); } } class Other2 { Other2() { System.out.println("初始化父類的屬性值"); } }
這個例子比較簡單，在執行程式碼之前分析一下：帶有static關鍵字的程式碼塊應該是最先執行，其次是非static關鍵字的程式碼塊以及類的屬性(Fields),最後是構造方法。帶上父子類的關係後，上面的執行結果為：
這裡是父類的靜態程式碼塊
這裡是子類的靜態程式碼塊
初始化父類的屬性值
這裡是父類的普通程式碼塊
這裡是父類的構造方法
這裡是子類的普通程式碼塊
初始化子類的屬性值
這裡是子類的構造方法
這裡是子類的普通方法
注意的是類的屬性與非靜態程式碼塊的執行級別是一樣的，誰先執行取決於書寫的先後順序。
結論1：父類的靜態程式碼塊->子類的靜態程式碼塊->初始化父類的屬性值/父類的普通程式碼塊(自上而下的順序排列)->父類的構造方法->初始化子類的屬性值/子類的普通程式碼塊(自上而下的順序排列)->子類的構造方法。
注：建構函式最後執行。
上面的例子只是小試牛刀，接下來再看一個比較複雜的例子：
public class ClassloadSort1 { public static void main(String[] args) { Singleton.getInstance(); System.out.println("Singleton value1:" + Singleton.value1); System.out.println("Singleton value2:" + Singleton.value2); Singleton2.getInstance2(); System.out.println("Singleton2 value1:" + Singleton2.value1); System.out.println("Singleton2 value2:" + Singleton2.value2); } } class Singleton { static { System.out.println(Singleton.value1 + "\t" + Singleton.value2 + "\t" + Singleton.singleton); //System.out.println(Singleton.value1 + "\t" + Singleton.value2); } private static Singleton singleton = new Singleton(); public static int value1 = 5; public static int value2 = 3; private Singleton() { value1++; value2++; } public static Singleton getInstance() { return singleton; } int count = 10; { System.out.println("count = " + count); } } class Singleton2 { static { System.out.println(Singleton2.value1 + "\t" + Singleton2.value2 + "\t" + Singleton2.singleton2); } public static int value1 = 5; public static int value2 = 3; private static Singleton2 singleton2 = new Singleton2(); private String sign; int count = 20; { System.out.println("count = " + count); } private Singleton2() { value1++; value2++; } public static Singleton2 getInstance2() { return singleton2; } }
這個用例相比第一個，知識點更深了一層。如果你用結論1是沒法分析出正確答案的，但這並不代表結論1就是錯誤的。
執行結果：
Singleton value1:5
Singleton value2:3
Singleton2 value1:6
Singleton2 value2:4
Singleton中的value1,value2並沒有受到構造方法中自加操作的影響。然而Singleton2中的程式碼也相同，為什麼執行出來的效果就不一樣呢？
要想知道原因，必須先搞清楚Java類載入中具體做了些什麼。
JAVA類的載入機制
Java類載入分為5個過程,分別為：載入，連線(驗證，準備，解析)，初始化，使用，解除安裝。
- 載入
載入主要是將.class檔案（也可以是zip包）通過二進位制位元組流讀入到JVM中。 在載入階段，JVM需要完成3件事：
1）通過classloader在classpath中獲取XXX.class檔案，將其以二進位制流的形式讀入記憶體。
2）將位元組流所代表的靜態儲存結構轉化為方法區的執行時資料結構；
3）在記憶體中生成一個該類的java.lang.Class物件，作為方法區這個類的各種資料的訪問入口。
2.1. 驗證
主要確保載入進來的位元組流符合JVM規範。驗證階段會完成以下4個階段的檢驗動作：
1）檔案格式驗證
2）元資料驗證(是否符合Java語言規範)
3）位元組碼驗證（確定程式語義合法，符合邏輯）
4）符號引用驗證（確保下一步的解析能正常執行）
2.2. 準備
準備是連線階段的第二步，主要為靜態變數在方法區分配記憶體，並設定預設初始值。
2.3. 解析
解析是連線階段的第三步，是虛擬機器將常量池內的符號引用替換為直接引用的過程。
-
初始化
初始化階段是類載入過程的最後一步，主要是根據程式中的賦值語句主動為類變數賦值。
當有繼承關係時，先初始化父類再初始化子類，所以建立一個子類時其實記憶體中存在兩個物件例項。
注：如果類的繼承關係過長，單從類初始化角度考慮，這種設計不太可取。原因我想你已經猜到了。
通常建議的類繼承關係最多不超過三層，即父-子-孫。某些特殊的應用場景中可能會加到4層，但就此打住，第4層已經有程式碼設計上的弊端了。 -
使用
程式之間的相互呼叫。 -
解除安裝
即銷燬一個物件，一般情況下中有JVM垃圾回收器完成。程式碼層面的銷燬只是將引用置為null。
通過上面的整體介紹後，再來看Singleton2.getInstance()的執行分析：
1）類的載入。執行Singleton2.getInstance(),JVM在首次並沒有發現Singleton類的相關資訊。所以通過classloader將Singleton.class檔案載入到記憶體中。
2）類的驗證。略
3）類的準備。將Singleton2中的靜態資源轉化到方法區。value1，value2，singleton在方法區被宣告分別初始為0，0，null。
4）類的解析。略(將常量池內的符號引用替換為直接引用的過程)
5）類的初始化。執行靜態屬性的賦值操作。按照順序先是value1 = 5，value2 = 3,接下來是private static Singleton2 singleton2 = new Singleton2();
這是個建立物件操作，根據 結論1 在執行Singleton2的構造方法之前，先去執行static資源和非static資源。但由於value1,value2已經被初始化過，所以接下來執行的是非static的資源，最後是Singleton2的構造方法：value1++;value2++。
所以Singleton2結果是6和4。
以上除了搞清楚執行順序外，還有一個重點->結論2：靜態資源在類的初始化中只會執行一次。不要與第3個步驟混淆。
有了以上的這個結論，再來看Singleton.getInstance()的執行分析：
1）類的載入。將Singleton類載入到記憶體中。
2）類的驗證。略
3）類的準備。將Singleton2的靜態資源轉化到方法區。
4）類的解析。略(將常量池內的符號引用替換為直接引用的過程)
5）類的初始化。執行靜態屬性的賦值操作。按照順序先是private static Singleton singleton = new Singleton()，根據 結論1 和結論2，value1和value2不會在此層執行賦值操作。所以singleton物件中的value1,value2只是在0的基礎上進行了++操作。此時singleton物件中的value1=1,value2=1。
然後， public static int value1 = 5; public static int value2 = 3; 這兩行程式碼才是真的執行了賦值操作。所以最後的結果：5和3。
如果執行的是public static int value1; public static int value2;結果又會是多少？結果: 1和1。
注：為什麼 Singleton singleton = new Singleton()不會對value1,value2進行賦值操作？因為static變數的賦值在類的初始化中只會做一次。
程式在執行private static Singleton singleton = new Singleton()時，已經是對Singleton類的static變數進行賦值操作了。這裡new Singleton()是一個特殊的賦值，類似於遞迴裡層，外層已經是賦值操作了，所以裡層會自動過濾static變數的賦值操作。但非static的變數依然會被賦值。
結論3：在結論2的基礎上，非靜態資源會隨物件的建立而執行初始化。每建立一個物件，執行一次初始化。
掌握結論1，2，3基本對java類中程式執行的順序瞭如指掌。這還不夠，ClassLoader還沒有介紹呢。
類載入器
JVM提供了以下3種系統的類載入器:
- 啟動類載入器（Bootstrap ClassLoader）：最頂層的類載入器，負責載入 JAVA_HOME\lib 目錄中的，或通過-Xbootclasspath引數指定路徑中的，且被虛擬機器認可（按檔名識別，如rt.jar）的類。
- 擴充套件類載入器（Extension ClassLoader）：負責載入 JAVA_HOME\lib\ext 目錄中的，或通過java.ext.dirs系統變數指定路徑中的類庫。
- 應用程式類載入器（Application ClassLoader）：也叫做系統類載入器，可以通過getSystemClassLoader()獲取，負責載入使用者路徑（classpath）上的類庫。如果沒有自定義類載入器，一般這個就是預設的類載入器。