Ilren 小记

类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期包括：加载（Loading）、验证（Verification）、准备(Preparation)、解析（Resolution）、初始化（Initialization）、使用（Using）和卸载（Unloading）7个阶段。其中验证、准备、解析3个部分统称为连接（Linking），如下图。

类的生命周期

如上图，加载、验证、准备、初始化和卸载这5个阶段的顺序是确定的，类的加载过程必须按照这种顺序按部就班地开始，而解析阶段则不一定：它在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定（也成动态绑定和晚期绑定）。注意，这里所说的按部就班地“开始”，而不是按部就班地“进行”或“完成”，强调这点是因为这些阶段通常都是互相交叉地混合式进行的，通常在一个阶段执行的过程中调用、激活另外一个阶段。

对于类加载过程中的第一个阶段：加载，Java虚拟机规范中并没有进行强制约束，这点可以交给虚拟机的具体实现来自由把握。但是对于初始化阶段，虚拟机规范则是严格规定了有且只有5种情况必须立即对类进行初始化，而加载、验证、准备自然需要在此之前开始。

Java虚拟机初始化的5种情况：

遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这4条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。生成这4条指令的最常见的Java代码场景是：使用new关键字实例化对象的时候，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。
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。
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。
当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含manin()方法的那个类），虚拟机回先初始化这个主类。
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、REFinvokeStatic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。

对于这5种会触发类进行初始化的场景、虚拟机规范中使用了一个很强烈的限定语：“有且只有”，这5种场景中的行为成为对一个类进行主动饮用。除此之外，所有引用类的方式都不会触发初始化，成为被动引用。

被动引用示例一

package org.ilren.classloading;
/**
 * 被动使用类字段演示一
 * 通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化
 */
class SuperClass {
    static {
        System.out.println("SuperClass Init");
    }
    public static int value = 123;
}

class SubClass extends SuperClass {
    static {
        System.out.println("SubClass Init");
    }
}

/**
 * 非主动使用类字段演示
 **/
public class NotInitialization {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(SubClass.value);
    }
}

上述代码运行之后，只会输出“SuperClass Init”，而不会输出“SubClass Init”。对于静态字段，只有直接定义这个字段的类才会被初始化，因此通过其子类来引用父类中定义的静态字段，只会触发父类的初始化而不会触发子类的初始化。至于是否要触发子类的加载和验证，在虚拟机规范中并未明确规定，这点取决于虚拟机的具体实现。对于Sun HotSpot虚拟机来说，可通过-XX:+TraceClassLoading参数观察到此操作会导致子类的加载。

被动引用示例二

package org.ilren.classloading;
/**
 * 被动使用类字段演示而
 * 通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化
 */
class SuperClass {
    static {
        System.out.println("SuperClass Init");
    }
    public static int value = 123;
}

class SubClass extends SuperClass {
    static {
        System.out.println("SubClass Init");
    }
}

/**
 * 非主动使用类字段演示
 **/
public class NotInitialization {
    public static void main(String[] args) {
        SuperClass[] sup = new SuperClass[10];
    }
}

上述代码运行之后，没有输出“SuperClass Init”，说明并没有触发类org.ilren.classloading.SuperClass的初始化阶段。但是这段代码里面出发了另外一个名为“[Lorg.ilren.classloading.SuperClass”的类的初始化阶段，对于用户代码来说，这并不是一个合法的类名称，它是一个由虚拟机自动生成的、直接继承于java.lang.Object的子类，创建动作由字节码指令newarray触发。

被动引用示例三

package org.ilren.classloading;
/**
 * 被动使用类字段演示三
 * 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类的初始化。
 */
class ConstClass {
    static {
        System.out.println("ConstClass Init");
    }
    public static final String HELLOWORLD = "hello world";
}

/**
 * 非主动使用类字段演示
 **/
public class NotInitialization {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(ConstClass.HELLOWORLD);
    }
}

上述代码运行之后，也没有输出“ConstClass Init”,这是因为虽然在Java源码中引用了ConstClass类中的常量HELLOWORLD，但其实在编译阶段通过常量传播优化，已经将此常量的值“hello world”存储到NotInitialization类的常量池中，以后NotInitialization对常量ConstClass.HELLOWORLD的引用实际都被转化为NotInitialization类对自身常量池的引用了。也就是说，实际上NotInitialization的Class文件之中并没有ConstClass类的符号引用入口，这两个类在编译成Class之后就不存在任何联系了。

摘抄自：《深入理解Java虚拟机》

JVM-类加载的时机