深入理解Java类的初始化顺序

左手的ㄟ右手 2022-10-01 13:54 179阅读 0赞

[为什么80%的码农都做不了架构师？>>> ][80_]  ![hot3.png][]

Java类加载机制中最重要的就是程序初始化过程，其中包含了静态资源，非静态资源，父类子类，构造方法之间的执行顺序。这类知识经常会出现在面试题中，如果没有搞清楚其原理，在复杂的开源设计中可能无法梳理其业务流程，是java程序员进阶的阻碍。

首先通过一个例子来分析java代码的执行顺序：

public class CodeBlockForJava extends BaseCodeBlock {
            {
                System.out.println("这里是子类的普通代码块");
            }
            public CodeBlockForJava() {
                System.out.println("这里是子类的构造方法");
            }
            @Override
            public void msg() {
                  System.out.println("这里是子类的普通方法");
            }
    
            public static void msg2() {
                System.out.println("这里是子类的静态方法");
            }
    
            static {
                System.out.println("这里是子类的静态代码块");
            }
    
            public static void main(String[] args) {
                BaseCodeBlock bcb = new CodeBlockForJava();
                bcb.msg();
            }
            Other o = new Other();
        }
    
        class BaseCodeBlock {
    
            public BaseCodeBlock() {
                System.out.println("这里是父类的构造方法");
            }
    
            public void msg() {
                System.out.println("这里是父类的普通方法");
            }
    
            public static void msg2() {
                System.out.println("这里是父类的静态方法");
            }
    
            static {
                System.out.println("这里是父类的静态代码块");
            }
    
            Other2 o2 = new Other2();
    
            {
                System.out.println("这里是父类的普通代码块");
            }
        }
    
        class Other {
            Other() {
                System.out.println("初始化子类的属性值");
            }
        }
    
        class Other2 {
            Other2() {
                System.out.println("初始化父类的属性值");
            }
        }

这个例子比较简单，在运行代码之前分析一下：带有static关键字的代码块应该是最先执行，其次是非static关键字的代码块以及类的属性(Fields),最后是构造方法。带上父子类的关系后，上面的运行结果为：

这里是父类的静态代码块
        这里是子类的静态代码块
        初始化父类的属性值
        这里是父类的普通代码块
        这里是父类的构造方法
        这里是子类的普通代码块
        初始化子类的属性值
        这里是子类的构造方法
        这里是子类的普通方法

注意的是类的属性与非静态代码块的执行级别是一样的，谁先执行取决于书写的先后顺序。  
**结论1：父类的静态代码块->子类的静态代码块->初始化父类的属性值/父类的普通代码块(自上而下的顺序排列)->父类的构造方法->初始化子类的属性值/子类的普通代码块(自上而下的顺序排列)->子类的构造方法。**  
*注：构造函数最后执行。*

上面的例子只是小试牛刀，接下来再看一个比较复杂的例子：

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;
            }
        }

这个用例相比第一个，知识点更深了一层。如果你用结论1是没法分析出正确答案的，但这并不代表结论1就是错误的。  
运行结果：

Singleton value1:5
        Singleton value2:3
    
        Singleton2 value1:6
        Singleton2 value2:4

Singleton中的value1,value2并没有受到构造方法中自加操作的影响。然而Singleton2中的代码也相同，为什么执行出来的效果就不一样呢？  
要想知道原因，必须先搞清楚Java类加载中具体做了些什么。

**JAVA类的加载机制**  
Java类加载分为5个过程,分别为：加载，连接(验证，准备，解析)，初始化，使用，卸载。

1. 加载  
    加载主要是将.class文件（也可以是zip包）通过二进制字节流读入到JVM中。 在加载阶段，JVM需要完成3件事：  
    1）通过classloader在classpath中获取XXX.class文件，将其以二进制流的形式读入内存。  
    2）将字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构；  
    3）在内存中生成一个该类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。

2.连接

2.1. 验证  
    主要确保加载进来的字节流符合JVM规范。验证阶段会完成以下4个阶段的检验动作：  
    1）文件格式验证  
    2）元数据验证(是否符合Java语言规范)  
    3）字节码验证（确定程序语义合法，符合逻辑）  
    4）符号引用验证（确保下一步的解析能正常执行）  
    2.2. 准备  
    准备是连接阶段的第二步，主要为静态变量在方法区分配内存，并设置默认初始值。  
    2.3. 解析  
    解析是连接阶段的第三步，是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。

3. 初始化

初始化阶段是类加载过程的最后一步，主要是根据程序中的赋值语句主动为类变量赋值。  
    当有继承关系时，先初始化父类再初始化子类，所以创建一个子类时其实内存中存在两个对象实例。  
* 注：如果类的继承关系过长，单从类初始化角度考虑，这种设计不太可取。原因我想你已经猜到了。  
    通常建议的类继承关系最多不超过三层，即父-子-孙。某些特殊的应用场景中可能会加到4层，但就此打住，第4层已经有代码设计上的弊端了。*

4. 使用  
    程序之间的相互调用。

5. 卸载  
    即销毁一个对象，一般情况下中有JVM垃圾回收器完成。代码层面的销毁只是将引用置为null。

通过上面的整体介绍后，再来看Singleton2.getInstance()的执行分析：  
    1）类的加载。运行Singleton2.getInstance(),JVM在首次并没有发现Singleton类的相关信息。所以通过classloader将Singleton.class文件加载到内存中。  
    2）类的验证。略  
    3）类的准备。将Singleton2中的静态资源转化到方法区。value1，value2，singleton在方法区被声明分别初始为0，0，null。  
    4）类的解析。略(将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程)  
    5）类的初始化。执行静态属性的赋值操作。按照顺序先是value1 = 5，value2 = 3,接下来是private static Singleton2 singleton2 = new Singleton2();  
这是个创建对象操作，根据 *结论1* 在执行Singleton2的构造方法之前，先去执行static资源和非static资源。但由于value1,value2已经被初始化过，所以接下来执行的是非static的资源，最后是Singleton2的构造方法：value1++;value2++。  
所以Singleton2结果是6和4。

以上除了搞清楚执行顺序外，还有一个重点->**结论2：静态资源在类的初始化中只会执行一次**。不要与第3个步骤混淆。

有了以上的这个结论，再来看Singleton.getInstance()的执行分析：  
    1）类的加载。将Singleton类加载到内存中。  
    2）类的验证。略  
    3）类的准备。将Singleton2的静态资源转化到方法区。  
    4）类的解析。略(将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程)  
    5）类的初始化。执行静态属性的赋值操作。按照顺序先是private static Singleton singleton = new Singleton()，根据 *结论1* 和*结论2*，value1和value2不会在此层执行赋值操作。所以singleton对象中的value1,value2只是在0的基础上进行了++操作。此时singleton对象中的value1=1,value2=1。  
然后， public static int value1 = 5; public static int value2 = 3; 这两行代码才是真的执行了赋值操作。所以最后的结果：5和3。  
如果执行的是public static int value1; public static int value2;结果又会是多少？结果: 1和1。

*注：为什么 Singleton singleton = new Singleton()不会对value1,value2进行赋值操作？因为static变量的赋值在类的初始化中只会做一次。  
程序在执行private static Singleton singleton = new Singleton()时，已经是对Singleton类的static变量进行赋值操作了。这里new Singleton()是一个特殊的赋值，类似于递归里层，外层已经是赋值操作了，所以里层会自动过滤static变量的赋值操作。但非static的变量依然会被赋值。*

**结论3：在结论2的基础上，非静态资源会随对象的创建而执行初始化。每创建一个对象，执行一次初始化。**

掌握结论1，2，3基本对java类中程序执行的顺序了如指掌。

转载于:https://my.oschina.net/90888/blog/3057572

[80_]: https://my.oschina.net/u/2663968/blog/3051541
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