读Java虚拟机类加载引发的血案

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2021-01-02

读Java虚拟机类加载引发的血案

来自：花前月下的细说 | 责编：乐乐

链接：jianshu.com/u/ef2b368f8b29

正文

/ 前言 /

最近在看 Java 虚拟机类加载的知识点，结果让我发现了自己一个曾经一直纠结，又没彻底弄懂的类加载黑洞，从而引发下面一系列的测试血案。

相信面试过的你们也会见过类似下面测试的这几道题。不过，答案你真的理解了么？话不多说，直接 GKD。可惜我不是大佬，所以...哈哈哈 GKD 吧！下面就是测试过程种发现的一些疑惑点，赶紧记录一波...

/ 正文 /

测试开始，先思考下下面代码输出什么：

class Singleton {

    public Singleton() {
        System.out.println("Singleton new instance");
    }

    static {
        System.out.println("Singleton static block");
    }

    {
        System.out.println("Singleton block ！！！");
    }

}

public class NewTest {
    public static void main(String args[]){
        Singleton singleton = new Singleton();
    }
}

输出结果：

Singleton static block
Singleton block ！！！
Singleton new instance

当然，大佬们应该都能知道答案...毕竟，新手入门级的野怪，谁都打得过。这个对我这小菜鸡也算还比较容易理解；加载连接过程，没有需要处理的 static。new Singleton() 直接开始类的初始化了，所以输出直接按照类的初始化顺序来就好了

类的初始化的执行顺序

没有父类的情况：

类的静态属性
类的静态代码块
类的非静态属性
类的非静态代码块
构造方法

有父类的情况：

父类的静态属性
父类的静态代码块
子类的静态属性
子类的静态代码块
父类的非静态属性
父类的非静态代码块
父类构造方法
子类非静态属性
子类非静态代码块
子类构造方法

这里有个小误区，是我自己的误区~~比如下面这个例子：

class ParentSingleton{

public static int value = 100;

public ParentSingleton(){
    System.out.println("ParentSingleton new instance");
}

static {
    System.out.println("ParentSingleton static block");
}

{
    System.out.println("ParentSingleton block ！！！ ");
}

}

当要初始化上面这个类的时候，会输出什么？

如果这时候，我们只看上面的初始化顺序，会觉得这样输出，根据顺序来嘛~

ParentSingleton static block
ParentSingleton block ！！！
ParentSingleton new instance
？？？

OMG，错了，这里的顺序不是说，只要初始化，就要全部按照顺序一一执行...不是这样的。实际上只会输出：

ParentSingleton static block

如果有创建这个类的实例，比如 new ParentSingleton()，才会：

ParentSingleton block ！！！
ParentSingleton new instance

是的，这里的误区，我曾经一度搞错了...尴尬。那再看这个测试：

class Singleton {
private static Singleton singleton = new Singleton();

private Singleton() {
    System.out.println("Singleton new instance");
}

public static void forTest() {

}

static {
    System.out.println("Singleton static block");
}

{
    System.out.println("Singleton block ！！！ ");
}

}

public class TestSingleton {
public static void main(String args[]){
    Singleton.forTest();
}
}

看完资料的我，逐渐膨胀，毕竟100多斤的胖子，我想的输出应该是：

Singleton static block
Singleton block ！！！
Singleton new instance

然后运行一看，懵逼了，结果是：

Singleton block ！！！
Singleton new instance
Singleton static block

咋回事啊，小老弟，结果乱套了...为什么不是先执行 static 代码块先了。认真想了一波，也不知道对不对，只能疯狂测试这样子...

经过一番测试，查看资料...最终...我觉得是这样子的。整个的流程详解应该是执行的第一步：Singleton.forTest();这时候，对Singleton类进行加载和连接，所以首先需要对它进行加载和连接操作。在连接-准备阶段，要讲给静态变量赋予默认初始值，这里还没到执行 forTest；初始值是 singleton = null。加载和连接完毕之后，再进行初始化工作：

private static Singleton singleton = new Singleton();

所以执行去到了 new Singleton(); 这里因为 new 会引起 Singleton 的初始化。需要执行 Singleton构造函数里面的内容。但是又因为非static初始化块，这里面的代码在创建java对象实例时执行，而且在构造器之前！！！！就是这东西...所以输出应该是：

Singleton block ！！！
Singleton new instance

而根据类的初始化顺序，要执行 static 代码块，应该输出：

Singleton static block

完成初始化后。接下来就到真正调用 forTest 方法了，方法什么都不做，没输出。所以，总的答案就是：

Singleton block ！！！
Singleton new instance
Singleton static block

这里最大的原因就是，连接加载的时候，要给属性初始化，而这里的初始化又刚好是创建java 实例，需要执行构造，执行构造的前面又必须先执行 {} 大括号非 static 块。而不是和第一个测试例子那样，static 属性不需要初始化，所以....

IG 永不加班，但我需要哇，继续测试吧...继续测试验证：

class Singleton {
private static Singleton singleton = new Singleton();

private Singleton() {
    System.out.println("Singleton new instance");
}

public static Singleton getSingleton() {
    return new Singleton();
}

static {
    System.out.println("Singleton static block");
}

{
    System.out.println("Singleton block ！！！ ");
}

}

public class TestSingleton {
public static void main(String args[]){
    Singleton singleton = Singleton.getSingleton();
}
}

输出结果如下所示。emm, 再次根据上面自己的理解，走一遍，应该是：

Singleton block ！！！
Singleton new instance
Singleton static block
Singleton block ！！！
Singleton new instance

这里后面第二次 new 为啥不引起第二次类的初始化？？因为一个类只能初始化一次啊！new 只是创建实例，不再初始化了。所以在调用 getSingleton 的时候，只创建实例就好了，而创建实例就是：

Singleton block ！！！
Singleton new instance

在同一个类加载器下面只能初始化类一次,如果已经初始化了就不必要初始化了。为什么只初始化一次呢？类加载的最终结果就是在堆中存有唯一一个Class对象，我们通过Class对象找到的那个唯一的。噢？运行看一手，丢，对了..还有存在 final 的时候，和存在父类的时候，下面慢慢再测试验证....继续测试：

class Singleton extends ParentSingleton {

public Singleton() {
    System.out.println("Singleton new instance");
}

static {
    System.out.println("Singleton static block");
}

{
    System.out.println("Singleton block ！！！ ");
}

}

class ParentSingleton{

public ParentSingleton(){
    System.out.println("ParentSingleton new instance");
}

static {
    System.out.println("ParentSingleton static block");
}

{
    System.out.println("ParentSingleton block ！！！ ");
}

}

public class TestSingleton {
public static void main(String args[]){
    Singleton singleton = new Singleton();
}
}

输出结果如下所示。这个，很明了，还是按照上面的类的初始化，有父类的情况按顺序调用，输出如下：

ParentSingleton static block
Singleton static block
ParentSingleton block ！！！
ParentSingleton new instance
Singleton block ！！！
Singleton new instance

继续测试如下所示。那个人，又来了...改成和上面没有父类一样的情况：

class Singleton extends ParentSingleton {
private static Singleton singleton = new Singleton();

private Singleton() {
    System.out.println("Singleton new instance");
}

public static Singleton getSingleton() {
    return singleton;
}

static {
    System.out.println("Singleton static block");
}

{
    System.out.println("Singleton block ！！！ ");
}

}

class ParentSingleton{

public ParentSingleton(){
    System.out.println("ParentSingleton new instance");
}

static {
    System.out.println("ParentSingleton static block");
}

{
    System.out.println("ParentSingleton block ！！！ ");
}

}

public class TestSingleton {
public static void main(String args[]){
    Singleton singleton = Singleton.getSingleton();
}
}

输出结果如下所示。这里，就开始懵了...有点。先看结果：

ParentSingleton static block
ParentSingleton block ！！！
ParentSingleton new instance
Singleton block ！！！
Singleton new instance
Singleton static block

其实，很容易看清了，现在，再走一遍流程吧！执行到 Singleton.getSingleton() 时，先加载 Singleton ，这时因为 Singleton 有父类，需要需要加载父类先，加载父类 ParentSingleton，根据加载流程，在连接-准备阶段，要讲给静态变量赋予默认初始值，但父类没有 static 属性需要赋值初始化什么的，但是根据顺序，需要初始化static 代码块：

ParentSingleton static block

这时候回到子类的加载流程。根据连接-准备阶段，子类有需要处理的属性 private static Singleton singleton = new Singleton()；赋值默认值先，singleton = null；然后初始化 singleton = new Singleton()；根据上面的经验，这里是创建实例，并引起初始化，正常应该是：

Singleton block ！！！
Singleton new instance
Singleton static block

但是，重点来了！！类实例创建过程：按照父子继承关系进行初始化，首先执行父类的初始化块部分。然后是父类的构造方法；再执行本类继承的子类的初始化块，最后是子类的构造方法，也就是：

ParentSingleton block ！！！
ParentSingleton new instance

同时子类的初始化，因为初始化子类它有父类，所以需要先初始化父类（但是这里因为父类已经初始化了，就不再初始化了）。所以结果是：

ParentSingleton static block
ParentSingleton block ！！！
ParentSingleton new instance
Singleton block ！！！
Singleton new instance
Singleton static block

最终测试如下所示：

class Singleton extends ParentSingleton {
private static Singleton singleton = new Singleton();

private Singleton() {
    System.out.println("Singleton new instance");
}

public static Singleton getSingleton() {
    return singleton;
}

static {
    System.out.println("Singleton static block");
}

{
    System.out.println("Singleton block ！！！ ");
}

}

class ParentSingleton{

private static ParentSingleton parentSingleton = new ParentSingleton();   

public ParentSingleton(){

    System.out.println("ParentSingleton new instance");
}

static {
    System.out.println("ParentSingleton static block");
}

{
    System.out.println("ParentSingleton block ！！！ ");
}

}

public class TestSingleton {
public static void main(String args[]){
    Singleton singleton = Singleton.getSingleton();
}
}

测试结果如下所示：

ParentSingleton block ！！！
ParentSingleton new instance
ParentSingleton static block
ParentSingleton block ！！！
ParentSingleton new instance
Singleton block ！！！
Singleton new instance
Singleton static block

加载一个类时，先加载父类。按照先加载，创建实例，初始化，这个顺序就发现很通顺的写出答案了。哈哈哈哈哈，终于清楚了。所以一切的一切，都是创建实例这个东西。搞得我头晕。

部分特殊不引起类初始化记录，先记录下吧。

通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化，对于静态字段，只有直接定义这个字段的类才会被初始化
通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化
常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用到定义常量的类，因此不会触发定义常量的类的初始化
public static final int x =6/3; 能够在编译时期确定的，叫做编译常量，不会引起类的初始化!!!
public static final int x =new Random().nextInt(100); 运行时才能确定下来的，叫做运行时常量，运行常量会引起类的初始化!!!

在虚拟机规范中使用了一个很强烈的限定语：“有且仅有”，这5种场景中的行为称为对类进行主动引用。除此之外，所有引用类的方式都不会触发初始化，称为被动引用。

5种必须初始化的场景如下

1. 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这4条字节码指令时，如果类没有初始化，则需要先触发其初始化

这4条指令对应的的常见场景分别是：使用new关键字实例化对象、读取或设置一个类的静态字段（被final修饰、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。

注：静态内容是跟类关联的而不是类的对象。

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。

注：反射机制是在运行状态中，对于任意一个类，都能够知道这个类的所有属性和方法

对于任意一个对象，都能够调用它的任意一个方法和属性

这种动态获取的信息以及动态调用对象的方法的功能称为java语言的反射机制，这相对好理解为什么需要初始化类。

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。

注：子类执行构造函数前需先执行父类构造函数

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），虚拟机会先初始化这个主类。

注：main方法是程序的执行入口

5. 当使用JDK1.7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。则需要先触发其初始化。

注：JDK1.7的一种新增的反射机制，都是对类的一种动态操作

这回，以后看代码的时候，就不会再被这些执行加载顺序弄混了，对优化代码可能还是有帮助的吧。

再不说，也能再让我看到这些测试题，或者问我加载的过程，怎么也能处理回答个7788了吧。

可能其中个人理解有部分纰漏，还请大佬们指出~~蟹蟹鸭！

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