【轉載】Java系列筆記(1)，轉載java系列筆記

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Java系列筆記(1) - Java 類載入與初始化

原文地址：http://www.cnblogs.com/zhguang/p/3154584.html

目錄

類載入器

在瞭解Java的機制之前，需要先瞭解類在JVM（Java虛擬機器）中是如何載入的，這對後面理解java其它機制將有重要作用。

每個類編譯後產生一個Class對象，儲存在.class檔案中，JVM使用類載入器（Class Loader）來載入類的位元組碼檔案（.class），類載入器實質上是一條類載入器鏈，一般的，我們只會用到一個原生的類載入器，它只載入Java API等可信類，通常只是在本地磁碟中載入，這些類一般就夠我們使用了。如果我們需要從遠程網路或資料庫中下載.class位元組碼檔案，那就需要我們來掛載額外的類載入器。

一般來說，類載入器是按照樹形的階層組織的，每個載入器都有一個父類載入器。另外，每個類載入器都支援代理模式，即可以自己完成Java類的載入工作，也可以代理給其它類載入器。

類載入器的載入順序有兩種，一種是父類優先策略，一種是是自己優先策略，父類優先策略是比較一般的情況（如JDK採用的就是這種方式），在這種策略下，類在載入某個Java類之前，會嘗試代理給其父類載入器，只有當父類載入器找不到時，才嘗試自己去載入。自己優先的策略與父類優先相反，它會首先嘗試自己載入，找不到的時候才要父類載入器去載入，這種在web容器（如tomcat）中比較常見。

動態載入

不管使用什麼樣的類載入器，類，都是在第一次被用到時，動態載入到JVM的。這句話有兩層含義：

需要區分載入和初始化的區別，載入了一個類的.class檔案，並不意味著該Class對象被初始化，事實上，一個類的初始化包括3個步驟：

• 載入（Loading），由類載入器執行，尋找位元組碼，並建立一個Class對象（只是建立）；
• 連結（Linking），驗證位元組碼，為靜態域分配儲存空間（只是分配，並不初始化該儲存空間），解析該類建立所需要的對其它類的應用；
• 初始化（Initialization），首先執行靜態初始化塊static{}，初始化靜態變數，執行靜態方法（如構造方法）。

連結

Java在載入了類之後，需要進行連結的步驟，連結簡單地說，就是將已經載入的java二進位程式碼群組合到JVM運行狀態中去。它包括3個步驟：

初始化

注 意：在《Java編程思想》中，說static{}子句是在類第一次載入時執行且執行一次（可能是筆誤或翻譯錯誤，因為此書的例子顯示static是在第 一次初始化時執行的），《Java深度曆險》中說 static{}是在第一次執行個體化時執行且執行一次，這兩種應該都是錯誤的，static{}是在第一次初始化時執行，且只執行一次；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，執行下面的代碼：  Class c = Class.forName("myblog.rtti.Toy");  // c.newInstance();

可以看到，不執行個體化，只執行forName初始化時，仍然會執行static{}子句，但不執行構造方法，因此輸出的只有Initializing，沒有Building。

關於初始化，@阿春阿曉 在本文的評論中給出了很詳細的情境，感謝@阿春阿曉：

根據java虛擬機器規範，所有java虛擬機器實現必須在每個類或介面被java程式首次主動使用時才初始化。

主動使用有以下6種：
1)建立類的執行個體
2)訪問某個類或者介面的靜態變數，或者對該靜態變數賦值（如果訪問靜態編譯時間常量(即編譯時間可以確定值的常量)不會導致類的初始化）
3)調用類的靜態方法
4)反射（Class.forName(xxx.xxx.xxx)）
5)初始化一個類的子類（相當於對父類的主動使用），不過直接通過子類引用父類元素，不會引起子類的初始化（參見樣本6）
6)Java虛擬機器被標明為啟動類的類（包含main方法的）

類與介面的初始化不同，如果一個類被初始化，則其父類或父介面也會被初始化，但如果一個介面初始化，則不會引起其父介面的初始化。

樣本

1，通過上面的講解，將可以理解下面的程式（下面的程式部分來自於《Java編程思想》）：

class Toy {        static {                System.out.println("Initializing");// 靜態子句，只在類第一次被載入並初始化時執行一次，而且只執行一次        }        Toy() {                System.out.println("Building");// 構造方法，在每次聲明新對象時載入        }}

對上面的程式段，第一次調用Class.forName("Toy")，將執行static子句；如果在之後執行new Toy()都只執行構造方法。

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(); //相當於new一個對象，但Gum類必須有預設構造方法（無參）

3，用類字面常量 .class和Class.forName都可以建立對類的應用，但是不同點在於，用Gum.class建立Class對象的應用時，不會自動初始化該Class對象（static子句不會執行）

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是在編譯期執行的，因此在編譯時間必須已經有了Toy的.class檔案，不然會編譯失敗，這與 Class.forName("myblog.classloader.Toy")不同，後者是運行時動態載入。

但是，如果該main方法是直接寫在Toy類中，那麼調用Toy.class，會引起初始化，並輸出Initializing，原因並不是Toy.class引起的，而是該類中含有啟動方法main，該方法會導致Toy的初始化。

 4，編譯時間常量。回到完整的類Toy，如果直接輸出：System.out.println(Toy.price)，會發現static子句和構造方法都沒有被執行，這是因為Toy中，常量price被static final限定，這樣的常量叫做編譯時間常量，對於這種常量，不需要初始化就可以讀取。
編譯時間常量必須滿足3個條件：static的，final的，常量。

下面幾種都不是編譯時間常量，對它們的應用，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。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麼呢？Initialing在c、d、e之前輸出，還是在之後？e輸出的是5還是10？

執行一下，結果為：

3
Initializing
5
10

答案是3最先輸出，Intializing隨後輸出，e輸出的是10，為什麼呢？

原因是這樣的：輸出c時，由於c是編譯時間常量，不會引起類初始化，因此直接輸出，輸出d時，d不是編譯時間常量，所以會引起初始化操作，即static塊的執行，於是d被賦值為5，e被賦值為10，然後輸出Initializing，之後輸出d為5，e為10。

但e為什麼是10呢？原來，JDK會自動為e的初始化建立一個static塊（參考：http://www.java3z.com/cwbwebhome/article/article8/81101.html?id=2497），所以上面的代碼等價於：

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，按順序執行，e先被初始化為5，再被初始化為10，於是輸出了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塊後面，於是，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，當訪問一個Java類或介面的靜態域時，只有真正聲明這個域的類或介面才會被初始化（《Java深度曆險》）

/** * 例子來源於《Java深度曆險》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

筆者在開發過程中發現自己基礎太薄弱，讀書時除了系統學習了一下Java的基礎文法和用法、一點簡單的資料結構和設計模式之外，再無深入系統的學習，而工作中的學習也是東晃一槍西晃一槍，不夠紮實和系統。想到一個學習方法：學到的東西能夠系統的表達出來，才說明你學到手了；於是，筆者決定邊學邊寫，將學到的東西以部落格的形式表達出來。

本文檔會因學習的深入或錯誤的訂正而持續更新。

《Java系列筆記》是本人對Java的應用和學習過程中的筆記，按知識點分章節，寫這一系列筆記的目的是學習，由於筆者是邊學編寫的，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部落格之處，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，必會註明出處，如有疑問，請聯絡：daniel.zhguang@gmail.com

更新記錄

2013年6月25日：發表；

2013年6月26日：加入@阿春阿曉的評論：引起初始化的6種情境；

2013年6月28日：加入連結和初始化的內容，加入樣本6

本節參考資料

JAVA編程思想，第14章

Java深度曆險

Java中static塊的本質：http://www.java3z.com/cwbwebhome/article/article8/81101.html?id=2497

 java類的裝載(Loading)、連結(Linking)和初始化(Initialization)：http://blog.csdn.net/biaobiaoqi/article/details/6909141