JVM類載入過程

JVM類載入過程分為幾個階段，分別是載入、驗證、準備、解析和初始化。載入是把二進位制位元組碼載入記憶體，驗證是校驗位元組流中包含的資訊是否符合當要求，準備是為靜態變數分配記憶體並設定靜態變數初始值，解析是把常量池內的符號引用替換為直接引用，初始化是執行所有靜態變數的賦值動作和靜態語句塊中的語句。更多詳盡分析請閱讀之前的文章《JVM的類載入機制全面解析》，這裡不再贅述了。

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類初始化的時機

對於我們開發人員，我認為應該具體瞭解一下初始化階段什麼時候在開始。JVM規範對此做了嚴格規範，有且只有以下5種情況必須對類進行初始化：

1. 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic這四條位元組碼指令時，如果類沒有被初始化過，就需要先進行初始化。對於位元組碼指令不瞭解的同學，可能就是一臉蒙圈了。我們來說人話，就是：使用new關鍵字例項化物件的時候、讀取和設定一個類的靜態欄位（不被final修飾的）和呼叫一個類的靜態方法的時候。這樣說更容易被理解一些。

2. 使用java.lang.reflect包中的方法對類進行反射呼叫的時候，如果類沒有被初始化過，就需要先進行初始化。

3. 當初始化一個類的時候，如果發現它的父類還沒有被初始化過，就需要先初始化它的父類。

4. JVM會先初始化要執行的主類，也是包含main()方法的那個類。

5. 當使用JDK 1.7的動態語言支援時，如果java.lang.invoke.MethodHandle例項最後的解析結果是REF_getStatic（使用MethodHandle讀取類的靜態欄位）、REF_putStatic（使用MethodHandle設定類的靜態欄位）、REF_invokeStatic（使用MethodHandle呼叫類的靜態方法）的方法控制代碼時，如果這個方法控制代碼沒有被初始化過，就需要先進行初始化。

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被動引用

剛剛提到的5種情況，都會觸發初始化，這些行為為稱為對一個類的主動引用。除了這些以外，所有引用類的方式都不會觸發初始化，被為被動引用。為了更好的理解，下面舉幾個被動引用的例子。

通過子類引用父類的靜態變數

public class SuperClass {
    static {
        System.out.println("父類正在初始化");
    }

    public static String name = "萬貓學社";
}

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

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

對於靜態變數，只有直接定義這個變數的類才會被初始化，通過子類引用父類中定義的靜態變數，只會觸發父類的初始化而不會觸發子類的初始化，執行的結果是：

父類正在初始化
萬貓學社

結果中並沒有“子類正在初始化”。

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通過陣列定義來引用類

public class OneMoreStudy {
    public static void main(String[] args) {
        SuperClass[] arrays = new SuperClass[10];
        System.out.println("陣列元素個數：" + arrays.length);
    }
}

這段程式碼中使用之前的SuperClass類，定義了一個SuperClass類的一維陣列，執行後的結果是：

陣列元素個數：10

結果中並沒有“父類正在初始化”，說明並沒有觸發SuperClass類的初始化。實際上，有一個名為“[LSuperClass”的類被初始化了，它是由JVM自動生成的、直接繼承於java.lang.Object，建立動作由位元組碼指令newarray觸發。

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常量

public class ConstClass {
    static {
        System.out.println("有常量的類正在初始化");
    }

    public static final String NAME = "萬貓學社";
}

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

常量在編譯階段會存入呼叫類的常量池中，本質沒有直接引用到定義的常量的類，不會觸發定義常量的類的初始化，所以執行的結果是：

萬貓學社

結果中並沒有“有常量的類正在初始化”。

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介面初始化的時機

介面也有初始化過程，和類是一致的。不過介面中不能使用“static{}”語句塊，但編譯器仍然會為介面生成“clinit()”類構造器，用於初始化介面中所定義的成員變數。

介面初始化的時機，基本和之前提到的類的5種情況基本一致，唯一不一樣的是第3種情況：在一個類被初始化時，它的父類也必須被初始化，但是一個介面被初始化時，它的父介面並不要求被初始化。只有在真正使用到父介面時才會被初始化，比如：引用父介面中定義的常量。

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結語

這次主要分享了類在什麼時候被初始化，共有5種情況。除了這種5種情況的引用叫做被動引用，同時舉了3個被動引用的例子。同時，也提到初始化介面和類有什麼不同。

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