Java系列笔记(1) - Java 类加载与初始化
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類加載器
在了解Java的機制之前，需要先了解類在JVM（Java虛擬機）中是如何加載的，這對后面理解java其它機制將有重要作用。
每個類編譯后產(chǎn)生一個Class對象，存儲在.class文件中，JVM使用類加載器（Class Loader）來加載類的字節(jié)碼文件（.class），類加載器實質(zhì)上是一條類加載器鏈，一般的，我們只會用到一個原生的類加載器，它只加載Java API等可信類，通常只是在本地磁盤中加載，這些類一般就夠我們使用了。如果我們需要從遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)庫中下載.class字節(jié)碼文件，那就需要我們來掛載額外的類加載器。
一般來說，類加載器是按照樹形的層次結(jié)構(gòu)組織的，每個加載器都有一個父類加載器。另外，每個類加載器都支持代理模式，即可以自己完成Java類的加載工作，也可以代理給其它類加載器。
類加載器的加載順序有兩種，一種是父類優(yōu)先策略，一種是是自己優(yōu)先策略，父類優(yōu)先策略是比較一般的情況（如JDK采用的就是這種方式），在這種策略下，類在加載某個Java類之前，會嘗試代理給其父類加載器，只有當(dāng)父類加載器找不到時，才嘗試自己去加載。自己優(yōu)先的策略與父類優(yōu)先相反，它會首先嘗試子經(jīng)濟加載，找不到的時候才要父類加載器去加載，這種在web容器（如tomcat）中比較常見。
動態(tài)加載
不管使用什么樣的類加載器，類，都是在第一次被用到時，動態(tài)加載到JVM的。這句話有兩層含義：
需要區(qū)分加載和初始化的區(qū)別，加載了一個類的.class文件，不以為著該Class對象被初始化，事實上，一個類的初始化包括3個步驟：
- 加載（Loading），由類加載器執(zhí)行，查找字節(jié)碼，并創(chuàng)建一個Class對象（只是創(chuàng)建）；
- 鏈接（Linking），驗證字節(jié)碼，為靜態(tài)域分配存儲空間（只是分配，并不初始化該存儲空間），解析該類創(chuàng)建所需要的對其它類的應(yīng)用；
- 初始化（Initialization），首先執(zhí)行靜態(tài)初始化塊static{}，初始化靜態(tài)變量，執(zhí)行靜態(tài)方法（如構(gòu)造方法）。
鏈接
Java在加載了類之后，需要進行鏈接的步驟，鏈接簡單地說，就是將已經(jīng)加載的java二進制代碼組合到JVM運行狀態(tài)中去。它包括3個步驟：
初始化
注 意：在《Java編程思想》中，說static{}子句是在類第一次加載時執(zhí)行且執(zhí)行一次（可能是筆誤或翻譯錯誤，因為此書的例子顯示static是在第 一次初始化時執(zhí)行的），《Java深度歷險》中說 static{}是在第一次實例化時執(zhí)行且執(zhí)行一次，這兩種應(yīng)該都是錯誤的，static{}是在第一次初始化時執(zhí)行，且只執(zhí)行一次；用下面的代碼可以判 定出來：
package myblog.classloader;/*** @project MyBlog* @create 2013年6月18日 下午7:00:45* @version 1.0.0* @author 張廣*/ public class Toy {private String name;public static final int price=10;static {System.out.println("Initializing");}Toy() {System.out.println("Building");}Toy(String name) {this.setName(name);}public static String playToy(String player) {String msg = buildMsg(player);System.out.println(msg);return msg;}private String buildMsg(String player) {String msg = player + " plays " + name;return msg;} }// 對上面的類，執(zhí)行下面的代碼：Class c = Class.forName("myblog.rtti.Toy");// c.newInstance();可以看到，不實例化，只執(zhí)行forName初始化時，仍然會執(zhí)行static{}子句，但不執(zhí)行構(gòu)造方法，因此輸出的只有Initializing，沒有Building。
關(guān)于初始化，@阿春阿曉 在本文的評論中給出了很詳細(xì)的場景，感謝@阿春阿曉：
根據(jù)java虛擬機規(guī)范，所有java虛擬機實現(xiàn)必須在每個類或接口被java程序首次主動使用時才初始化。
主動使用有以下6種：
1) 創(chuàng)建類的實例
2) 訪問某個類或者接口的靜態(tài)變量，或者對該靜態(tài)變量賦值（如果訪問靜態(tài)編譯時常量(即編譯時可以確定值的常量)不會導(dǎo)致類的初始化）
3) 調(diào)用類的靜態(tài)方法
4) 反射（Class.forName(xxx.xxx.xxx)）
5) 初始化一個類的子類（相當(dāng)于對父類的主動使用），不過直接通過子類引用父類元素，不會引起子類的初始化（參見示例6）
6) Java虛擬機被標(biāo)明為啟動類的類（包含main方法的）
類與接口的初始化不同，如果一個類被初始化，則其父類或父接口也會被初始化，但如果一個接口初始化，則不會引起其父接口的初始化。
示例
1，通過上面的講解，將可以理解下面的程序（下面的程序部分來自于《Java編程思想》）：
class Toy {static {System.out.println("Initializing");// 靜態(tài)子句，只在類第一次被加載并初始化時執(zhí)行一次，而且只執(zhí)行一次 }Toy() {System.out.println("Building");// 構(gòu)造方法，在每次聲明新對象時加載 } }對上面的程序段，第一次調(diào)用Class.forName("Toy")，將執(zhí)行static子句；如果在之后執(zhí)行new Toy()都只執(zhí)行構(gòu)造方法。
2，需要注意newInstance()方法
Class cc = Class.forName("Toy");//獲得類（注意，需要使用含包名的全限定名） Toy toy=(Toy)cc.newInstance(); //相當(dāng)于new一個對象，但Gum類必須有默認(rèn)構(gòu)造方法（無參）3，用類字面常量 .class和Class.forName都可以創(chuàng)建對類的應(yīng)用，但是不同點在于，用Gum.class創(chuàng)建Class對象的應(yīng)用時，不會自動初始化該Class對象（static子句不會執(zhí)行）
public class TestToy {public static void main(String[] args) {// try {// Class c = Class.forName("myblog.classloader.Toy");// } catch (ClassNotFoundException e) {// e.printStackTrace();// }Class c = Toy.class; // 不會輸出任何值} }使用Toy.class是在編譯期執(zhí)行的，因此在編譯時必須已經(jīng)有了Toy的.class文件，不然會編譯失敗，這與 Class.forName("myblog.classloader.Toy")不同，后者是運行時動態(tài)加載。
但是，如果該main方法是直接寫在Toy類中，那么調(diào)用Toy.class，會引起初始化，并輸出Initializing，原因并不是Toy.class引起的，而是該類中含有啟動方法main，該方法會導(dǎo)致Toy的初始化。
?4，編譯時常量。回到完整的類Toy，如果直接輸出：System.out.println(Toy.price)，會發(fā)現(xiàn)static子句和構(gòu)造方法都沒有被執(zhí)行，這是因為Toy中，常量price被static final限定，這樣的常量叫做編譯時常量，對于這種常量，不需要初始化就可以讀取。
編譯時常量必須滿足3個條件：static的，final的，常量。
下面幾種都不是編譯時常量，對它們的應(yīng)用，都會引起類的初始化：
static int a;final int b;static final int c= ClassInitialization.rand.nextInt(100);static final int d; static {d=5; }5，static塊的本質(zhì)。注意下面的代碼：
class StaticBlock {static final int c = 3;static final int d;static int e = 5;static {d = 5;e = 10;System.out.println("Initializing");}StaticBlock() {System.out.println("Building");} }public class StaticBlockTest {public static void main(String[] args) {System.out.println(StaticBlock.c);System.out.println(StaticBlock.d);System.out.println(StaticBlock.e);} }這段代碼的輸出是什么呢？Initialing在c、d、e之前輸出，還是在之后？e輸出的是5還是10？
執(zhí)行一下，結(jié)果為：
3Initializing
5
10
答案是3最先輸出，Intializing隨后輸出，e輸出的是10，為什么呢？
原因是這樣的：輸出c時，由于c是編譯時常量，不會引起類初始化，因此直接輸出，輸出d時，d不是編譯時常量，所以會引起初始化操作，即static塊的執(zhí)行，于是d被賦值為5，e被賦值為10，然后輸出Initializing，之后輸出d為5，e為10。
但e為什么是10呢？原來，JDK會自動為e的初始化創(chuàng)建一個static塊（參考：http://www.java3z.com/cwbwebhome/article/article8/81101.html?id=2497），所以上面的代碼等價于：
class StaticBlock {static final int d;static int e;static {e=5; }static {d = 5;e = 10;System.out.println("Initializing");}StaticBlock() {System.out.println("Building");} }可見，按順序執(zhí)行，e先被初始化為5，再被初始化為10，于是輸出了10。
類似的，容易想到下面的代碼：
class StaticBlock {static {d = 5;e = 10;System.out.println("Initializing");}static final int d;static int e = 5;StaticBlock() {System.out.println("Building");} }在這段代碼中，對e的聲明被放到static塊后面，于是，e會先被初始化為10，再被初始化為5，所以這段代碼中e會輸出為5。
6，當(dāng)訪問一個Java類或接口的靜態(tài)域時，只有真正聲明這個域的類或接口才會被初始化（《Java深度歷險》）
/*** 例子來源于《Java深度歷險》第二章* @author 張廣**/ class B {static int value = 100;static {System.out.println("Class B is initialized");// 輸出 } }class A extends B {static {System.out.println("Class A is initialized"); // 不輸出 } }public class SuperClassTest {public static void main(String[] args) {System.out.println(A.value);// 輸出100 } }在該例子中，雖然通過A來引用了value，但value是在父類B中聲明的，所以只會初始化B，而不會引起A的初始化。
說明
筆者在開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)自己基礎(chǔ)太薄弱，讀書時除了系統(tǒng)學(xué)習(xí)了一下Java的基礎(chǔ)語法和用法、一點簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和設(shè)計模式之外，再無深入系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，而工作中的學(xué)習(xí)也是東晃一槍西晃一槍，不夠扎實和系統(tǒng)。想到一個學(xué)習(xí)方法：學(xué)到的東西能夠系統(tǒng)的表達(dá)出來，才說明你學(xué)到手了；于是，筆者決定邊學(xué)邊寫，將學(xué)到的東西以博客的形式表達(dá)出來。
本文檔會因?qū)W習(xí)的深入或錯誤的訂正而持續(xù)更新。
《Java系列筆記》是本人對Java的應(yīng)用和學(xué)習(xí)過程中的筆記，按知識點分章節(jié)，寫這一系列筆記的目的是學(xué)習(xí)，由于筆者是邊學(xué)編寫的，水平有限，文中必定有疏漏之處，歡迎斧正。
文中多有參考前輩的書籍和博客之處，原則上不會原文引用，而是加入自己的理解改造之，如果有引用，必會注明出處，如有疑問，請聯(lián)系：daniel.zhguang@gmail.com
更新記錄
2013年6月25日：發(fā)表；
2013年6月26日：加入@阿春阿曉的評論：引起初始化的6種場景；
2013年6月28日：加入鏈接和初始化的內(nèi)容，加入示例6
本節(jié)參考資料
JAVA編程思想，第14章
Java深度歷險
Java中static塊的本質(zhì)：http://www.java3z.com/cwbwebhome/article/article8/81101.html?id=2497
?java類的裝載(Loading)、鏈接(Linking)和初始化(Initialization)：http://blog.csdn.net/biaobiaoqi/article/details/6909141
轉(zhuǎn)載于:https://my.oschina.net/91jason/blog/487120
《新程序員》：云原生和全面數(shù)字化實踐50位技術(shù)專家共同創(chuàng)作，文字、視頻、音頻交互閱讀總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的Java系列笔记(1) - Java 类加载与初始化的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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