Java 类初始化（详解）

Java 是一门面向对象的语言，所以除了基本类型以外都是对象，那么这些对象是怎样从 class 文件加载到虚拟机，然后成为内存中一个个对象的呢？本文就来分析下 Java 中的类是如何初始化的？包括类初始化，实例初始化，构造器等。

一、类加载时机

类的生命周期：从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存。一共包括如下阶段：加载（Loading），验证（Verification），准备（Preparation），解析（Resolution），初始化（Initialization），使用（Using）和卸载（Unloading），其中验证，准备，解析 3 个阶段统称为连接（Linking）。

那么，在什么样的时机下会触发类的生命周期呢？虚拟机规范严格规定了有且只有以下 5 中情况必须立即对类进行初始化（加载，验证，准备自然在初始化之前进行）：

遇到 new、getstatic、putstatic或invokestatic这 4 条字节码指令时，如果类未进行过初始化，那么需首先触发类的初始化。分别对应的场景为：1、使用 new 关键字实例化对象时；2、读取类的静态变量时（被 final修饰，已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外）；3、设置类的静态变量时；4、调用一个类的静态方法时。使用反射对类进行调用时。初始化一个类时，如果其父类还未初始化，那么会先触发其父类的初始化。当虚拟机启动时，被指定为需要执行的那个主类（main() 方法所在的类），虚拟机需要先初始化。JDK 1.7 动态语言支持，详见《深入理解 Java 虚拟机》。

其中 1、new 关键字实例化对象是调用对象的构造方法，构造方法也是静态方法的一种（《Java 编程思想》）；4、main 方法也是静态方法，所以触发类初始化的时机就是：调用类的静态对象。

现在，类初始化的时机我们清楚了，那么类是如何初始化的呢？实例又是如何初始化的？涉及继承时又是如何初始化的？

二、类初始化，实例初始化

要搞懂类初始化的过程，就要搞懂类初始化和实例初始化。

类初始化 ：就是类第一次加载到内存时进行的过程，也就是我们在上一节讨论的内容。类初始化只进行一次（前提是被同一类加载器加载），后续使用 new 等实例化对象时都不在进行初始化了，所以类初始化只运行一次。初始化的都是属于类（而不是实例）的内容（静态），所以对所有实例共享。实例初始化 ：也就是实例化对象时每次都会进行的过程，初始化属于实例的内容（非静态），没有实例所拥有的实例内容是不共享的，独有的。

2.1 类初始化

前面已经讨论了类进行初始化的时机，下面就来说说类初始化会干些什么。

在类初始化之前的准备阶段，虚拟机会将类变量（static 修饰的变量）分配内存并设置零值。

在类初始化阶段，执行类构造器 () 方法。 类初始化方法有如下特点：

编译器会在将 .java 文件编译成 .class 文件时，收集所有类初始化代码和 static {} 域的代码，收集在一起成为 () 方法；子类初始化时会首先调用父类的 () 方法；JVM 会保证 () 方法的线程安全，保证同一时间只有一个线程执行；

2.2 实例初始化

构造器：保证实例正确的初始化，能被使用。

所以，既然子类继承了父类，那么子类调用构造函数初始化的，就需要调用父类的构造器，不管是显示调用父类构造器还是 JVM 自动调用，这样才能保证子类正确的被构造。

那么，实例初始化的过程到底是如何的呢？

JVM 收集实例初始化变量和 {} 域组合成实例初始化方法 ()；实例初始化时首先执行 () 方法，然后执行构造函数；子类通过构造函数构造实例时会首先调用父类的 () 方法和父类的构造函数，如果没有显示调用父类的构造函数，那么 JVM 会自动调用父类的无参构造函数，保证父类构造函数一定被调用，然后再是子类自己的 () 方法和构造函数；至此，实例就构造完毕了；

现在，大概应该清楚类和实例如何初始化和被构造了：

父类类初始化 ()；子类类初始化 ()；父类 () + 父类构造器；子类 () + 子类构造器；

三、示例：组合的初始化

package acherie.resuing;

class Window {

static {

System.out.println("Window static");

}

Window (int marker) {

System.out.println("Window(" + marker + ")");

}

}

class House {

static {

System.out.println("House static");

}

Window w1 = new Window(1);// Before constructor

House () {

System.out.println("House()");

w3 = new Window(33);

}

Window w2 = new Window(2);

void f() {

System.out.println("f()");

}

Window w3 = new Window(3);

}

public class OrderOfInitialization {

public static void main(String[] args) {

House h = new House();

h.f();

}

}

运行结果如下：

House static

Window static

Window(1)

Window(2)

Window(3)

House()

Window(33)

f()

Process finished with exit code 0

其实，使用反编译软件（如：jd-gui，或 intellij idea 自带的）看一看编译后生成的代码，很多问题就清楚了：

// House.class

package acherie.resuing;

import acherie.resuing.Window;

class House {

Window w1 = new Window(1);

Window w2 = new Window(2);

Window w3 = new Window(3);

House() {

System.out.println("House()");

this.w3 = new Window(33);

}

void f() {

System.out.println("f()");

}

static {

System.out.println("House static");

}

}

// OrderOfInitialization.class

package acherie.resuing;

import acherie.resuing.House;

public class OrderOfInitialization {

public OrderOfInitialization() {

}

public static void main(String[] args) {

House h = new House();

h.f();

}

}

四、示例：继承的初始化

package acherie.resuing;

class Person {

private int i = 8;

protected int j;

static {

System.out.println("Person 静态初始化子句");

}

{

System.out.println("Person 实例初始化子句");

}

Person () {

System.out.println("Person()");

}

Person(int i) {

System.out.println("Person(int), i=" + i);

}

int k = printInit("Person.k 初始化");

static int m = printInit("static Person.m 初始化");

{

System.out.println("Person 后置实例初始化语句");

}

static int printInit(String s) {

System.out.println(s);

return 47;

}

}

public class Student extends Person {

Student () {

super(1);

System.out.println("Student()");

}

Student(int i) {

this();

System.out.println("Student(int), i=" + i);

}

public static void main(String[] args) {

new Person(3);

System.out.println("--------------------------");

Student student = new Student(2);

}

public static int marker = printInit("Student.marker 初始化");

{

System.out.println("Student 实例初始化域");

}

}

运行结果如下：

Person 静态初始化子句

static Person.m 初始化

Student.marker 初始化

Person 实例初始化子句

Person.k 初始化

Person 后置实例初始化语句

Person(int), i=3

--------------------------

Person 实例初始化子句

Person.k 初始化

Person 后置实例初始化语句

Person(int), i=1

Student 实例初始化域

Student()

Student(int), i=2

Process finished with exit code 0

使用反编译软件查看编译后的 class 文件：

// Person.class

package acherie.resuing;

class Person {

private int i = 8;

protected int j;

int k;

static int m;

Person() {

System.out.println("Person 实例初始化子句");

this.k = printInit("Person.k 初始化");

System.out.println("Person 后置实例初始化语句");

System.out.println("Person()");

}

Person(int i) {

System.out.println("Person 实例初始化子句");

this.k = printInit("Person.k 初始化");

System.out.println("Person 后置实例初始化语句");

System.out.println("Person(int), i=" + i);

}

static int printInit(String s) {

System.out.println(s);

return 47;

}

static {

System.out.println("Person 静态初始化子句");

m = printInit("static Person.m 初始化");

}

}

// Student.class

package acherie.resuing;

import acherie.resuing.Person;

public class Student extends Person {

public static int marker = printInit("Student.marker 初始化");

Student() {

super(1);

System.out.println("Student 实例初始化域");

System.out.println("Student()");

}

Student(int i) {

this();

System.out.println("Student(int), i=" + i);

}

public static void main(String[] args) {

new Person(3);

System.out.println("--------------------------");

new Student(2);

}

}

六、总结

本文主要介绍了类和示例如何初始化的，并辅以示例。其实，在研究这个问题时最大的感受在于，通过查看编译后生成的 class 文件，其实很多不懂的东西都能够解决和更好的理解。

七、参考链接

《深入理解 Java 虚拟机》Java 101: Class and object initialization in Java