在許多Java面試中，我們經(jīng)常會看到關(guān)于Java類加載機(jī)制的考察，例如下面這道題：

class Grandpa
{
static
{
System.out.println("爺爺在靜態(tài)代碼塊");
}
} 
class Father extends Grandpa
{
static
{
System.out.println("爸爸在靜態(tài)代碼塊");
}
public static int factor = 25;
public Father()
{
System.out.println("我是爸爸~");
}
}
class Son extends Father
{
static 
{
System.out.println("兒子在靜態(tài)代碼塊");
}
public Son()
{
System.out.println("我是兒子~");
}
}
public class InitializationDemo
{
public static void main(String[] args)
{
System.out.println("爸爸的歲數(shù):" + Son.factor); //入口
}
}

請寫出最后的輸出字符串。

正確答案是：

爺爺在靜態(tài)代碼塊
爸爸在靜態(tài)代碼塊
爸爸的歲數(shù):25

我相信很多同學(xué)看到這個題目之后，表情是崩潰的，完全不知道從何入手。有的甚至遇到了幾次，仍然無法找到正確的解答思路。

其實這種面試題考察的就是你對Java類加載機(jī)制的理解。

如果你對Java加載機(jī)制不理解，那么你是無法解答這道題目的。

所以這篇文章，我先帶大家學(xué)習(xí)Java類加載的基礎(chǔ)知識，然后再實戰(zhàn)分析幾道題目讓大家掌握思路。

下面我們先來學(xué)習(xí)下Java類加載機(jī)制的七個階段。

Java類加載機(jī)制的七個階段

當(dāng)我們的Java代碼編譯完成后，會生成對應(yīng)的 class 文件。接著我們運行java Demo命令的時候，我們其實是啟動了JVM 虛擬機(jī)執(zhí)行 class 字節(jié)碼文件的內(nèi)容。而 JVM 虛擬機(jī)執(zhí)行 class 字節(jié)碼的過程可以分為七個階段：加載、驗證、準(zhǔn)備、解析、初始化、使用、卸載。

加載

下面是對于加載過程最為官方的描述。

加載階段是類加載過程的第一個階段。在這個階段，JVM 的主要目的是將字節(jié)碼從各個位置（網(wǎng)絡(luò)、磁盤等）轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制字節(jié)流加載到內(nèi)存中，接著會為這個類在 JVM 的方法區(qū)創(chuàng)建一個對應(yīng)的 Class 對象，這個 Class 對象就是這個類各種數(shù)據(jù)的訪問入口。

其實加載階段用一句話來說就是：把代碼數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存中。這個過程對于我們解答這道問題沒有直接的關(guān)系，但這是類加載機(jī)制的一個過程，所以必須要提一下。

驗證

當(dāng) JVM 加載完 Class 字節(jié)碼文件并在方法區(qū)創(chuàng)建對應(yīng)的 Class 對象之后，JVM 便會啟動對該字節(jié)碼流的校驗，只有符合 JVM 字節(jié)碼規(guī)范的文件才能被 JVM 正確執(zhí)行。這個校驗過程大致可以分為下面幾個類型：

• JVM規(guī)范校驗。JVM 會對字節(jié)流進(jìn)行文件格式校驗，判斷其是否符合 JVM 規(guī)范，是否能被當(dāng)前版本的虛擬機(jī)處理。例如：文件是否是以 0x cafe bene開頭，主次版本號是否在當(dāng)前虛擬機(jī)處理范圍之內(nèi)等。
• 代碼邏輯校驗。JVM 會對代碼組成的數(shù)據(jù)流和控制流進(jìn)行校驗，確保 JVM 運行該字節(jié)碼文件后不會出現(xiàn)致命錯誤。例如一個方法要求傳入 int 類型的參數(shù)，但是使用它的時候卻傳入了一個 String 類型的參數(shù)。一個方法要求返回 String 類型的結(jié)果，但是最后卻沒有返回結(jié)果。代碼中引用了一個名為 Apple 的類，但是你實際上卻沒有定義 Apple 類。

當(dāng)代碼數(shù)據(jù)被加載到內(nèi)存中后，虛擬機(jī)就會對代碼數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗，看看這份代碼是不是真的按照J(rèn)VM規(guī)范去寫的。這個過程對于我們解答問題也沒有直接的關(guān)系，但是了解類加載機(jī)制必須要知道有這個過程。

準(zhǔn)備（重點）

當(dāng)完成字節(jié)碼文件的校驗之后，JVM 便會開始為類變量分配內(nèi)存并初始化。這里需要注意兩個關(guān)鍵點，即內(nèi)存分配的對象以及初始化的類型。

內(nèi)存分配的對象。Java 中的變量有「類變量」和「類成員變量」兩種類型，「類變量」指的是被 static 修飾的變量，而其他所有類型的變量都屬于「類成員變量」。在準(zhǔn)備階段，JVM 只會為「類變量」分配內(nèi)存，而不會為「類成員變量」分配內(nèi)存?！割惓蓡T變量」的內(nèi)存分配需要等到初始化階段才開始。

例如下面的代碼在準(zhǔn)備階段，只會為 factor 屬性分配內(nèi)存，而不會為 website 屬性分配內(nèi)存。

public static int factor = 3;
public String website = www.cnblogs.com/chanshuyi;

初始化的類型。在準(zhǔn)備階段，JVM 會為類變量分配內(nèi)存，并為其初始化。但是這里的初始化指的是為變量賦予 Java 語言中該數(shù)據(jù)類型的零值，而不是用戶代碼里初始化的值。

例如下面的代碼在準(zhǔn)備階段之后，sector 的值將是 0，而不是 3。

public static int sector = 3;

但如果一個變量是常量（被 static final 修飾）的話，那么在準(zhǔn)備階段，屬性便會被賦予用戶希望的值。例如下面的代碼在準(zhǔn)備階段之后，number 的值將是 3，而不是 0。

public static final int number = 3;

之所以 static final 會直接被復(fù)制，而 static 變量會被賦予零值。其實我們稍微思考一下就能想明白了。

兩個語句的區(qū)別是一個有 final 關(guān)鍵字修飾，另外一個沒有。而 final 關(guān)鍵字在 Java 中代表不可改變的意思，意思就是說 number 的值一旦賦值就不會在改變了。既然一旦賦值就不會再改變，那么就必須一開始就給其賦予用戶想要的值，因此被 final 修飾的類變量在準(zhǔn)備階段就會被賦予想要的值。而沒有被 final 修飾的類變量，其可能在初始化階段或者運行階段發(fā)生變化，所以就沒有必要在準(zhǔn)備階段對它賦予用戶想要的值。

解析

當(dāng)通過準(zhǔn)備階段之后，JVM 針對類或接口、字段、類方法、接口方法、方法類型、方法句柄和調(diào)用點限定符 7 類引用進(jìn)行解析。這個階段的主要任務(wù)是將其在常量池中的符號引用替換成直接其在內(nèi)存中的直接引用。

其實這個階段對于我們來說也是幾乎透明的，了解一下就好。

初始化（重點）

到了初始化階段，用戶定義的 Java 程序代碼才真正開始執(zhí)行。在這個階段，JVM 會根據(jù)語句執(zhí)行順序?qū)︻悓ο筮M(jìn)行初始化，一般來說當(dāng) JVM 遇到下面 5 種情況的時候會觸發(fā)初始化：

• 遇到 new、getstatic、putstatic、invokestatic 這四條字節(jié)碼指令時，如果類沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其初始化。生成這4條指令的最常見的Java代碼場景是：使用new關(guān)鍵字實例化對象的時候、讀取或設(shè)置一個類的靜態(tài)字段（被final修飾、已在編譯器把結(jié)果放入常量池的靜態(tài)字段除外）的時候，以及調(diào)用一個類的靜態(tài)方法的時候。
• 使用 java.lang.reflect 包的方法對類進(jìn)行反射調(diào)用的時候，如果類沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其初始化。
• 當(dāng)初始化一個類的時候，如果發(fā)現(xiàn)其父類還沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其父類的初始化。
• 當(dāng)虛擬機(jī)啟動時，用戶需要指定一個要執(zhí)行的主類（包含main()方法的那個類），虛擬機(jī)會先初始化這個主類。
• 當(dāng)使用 JDK1.7 動態(tài)語言支持時，如果一個 java.lang.invoke.MethodHandle實例最后的解析結(jié)果 REF_getstatic,REF_putstatic,REF_invokeStatic 的方法句柄，并且這個方法句柄所對應(yīng)的類沒有進(jìn)行初始化，則需要先出觸發(fā)其初始化。

看到上面幾個條件你可能會暈了，但是不要緊，不需要背，知道一下就好，后面用到的時候回到找一下就可以了。

使用

當(dāng) JVM 完成初始化階段之后，JVM 便開始從入口方法開始執(zhí)行用戶的程序代碼。這個階段也只是了解一下就可以。

卸載

當(dāng)用戶程序代碼執(zhí)行完畢后，JVM 便開始銷毀創(chuàng)建的 Class 對象，最后負(fù)責(zé)運行的 JVM 也退出內(nèi)存。這個階段也只是了解一下就可以。

看完了Java的類加載機(jī)智之后，是不是有點懵呢。不怕，我們先通過一個小例子來醒醒神。

public class Book {
public static void main(String[] args)
{
System.out.println("Hello ShuYi.");
}
Book()
{
System.out.println("書的構(gòu)造方法");
System.out.println("price=" + price +",amount=" + amount);
}
{
System.out.println("書的普通代碼塊");
}
int price = 110;
static
{
System.out.println("書的靜態(tài)代碼塊");
}
static int amount = 112;
}

思考一下上面這段代碼輸出什么？

給你5分鐘思考，5分鐘后交卷，哈哈。

怎么樣，想好了嗎，公布答案了。

書的靜態(tài)代碼塊
Hello ShuYi.

怎么樣，你答對了嗎？是不是和你想得有點不一樣呢。

下面我們來簡單分析一下，首先根據(jù)上面說到的觸發(fā)初始化的5種情況的第4種（當(dāng)虛擬機(jī)啟動時，用戶需要指定一個要執(zhí)行的主類（包含main()方法的那個類），虛擬機(jī)會先初始化這個主類），我們會進(jìn)行類的初始化。

那么類的初始化順序到底是怎么樣的呢？

重點來了！

重點來了！

重點來了！

在我們代碼中，我們只知道有一個構(gòu)造方法，但實際上Java代碼編譯成字節(jié)碼之后，是沒有構(gòu)造方法的概念的，只有類初始化方法 和 對象初始化方法 。

那么這兩個方法是怎么來的呢？

類初始化方法。編譯器會按照其出現(xiàn)順序，收集類變量的賦值語句、靜態(tài)代碼塊，最終組成類初始化方法。類初始化方法一般在類初始化的時候執(zhí)行。

上面的這個例子，其類初始化方法就是下面這段代碼了：

static
{
System.out.println("書的靜態(tài)代碼塊");
}
static int amount = 112;

對象初始化方法。編譯器會按照其出現(xiàn)順序，收集成員變量的賦值語句、普通代碼塊，最后收集構(gòu)造函數(shù)的代碼，最終組成對象初始化方法。對象初始化方法一般在實例化類對象的時候執(zhí)行。
上面這個例子，其對象初始化方法就是下面這段代碼了：

{
System.out.println("書的普通代碼塊");
}
int price = 110;
System.out.println("書的構(gòu)造方法");
System.out.println("price=" + price +",amount=" + amount);

類初始化方法 和 對象初始化方法 之后，我們再來看這個例子，我們就不難得出上面的答案了。

但細(xì)心的朋友一定會發(fā)現(xiàn)，其實上面的這個例子其實沒有執(zhí)行對象初始化方法。

因為我們確實沒有進(jìn)行 Book 類對象的實例化。如果你在 main 方法中增加 new Book() 語句，你會發(fā)現(xiàn)對象的初始化方法執(zhí)行了！

感興趣的朋友可以自己動手試一下，我這里就不執(zhí)行了。

通過了上面的理論和簡單例子，我們下面進(jìn)入更加復(fù)雜的實戰(zhàn)分析吧！

實戰(zhàn)分析

class Grandpa
{
static
{
System.out.println("爺爺在靜態(tài)代碼塊");
}
} 
class Father extends Grandpa
{
static
{
System.out.println("爸爸在靜態(tài)代碼塊");
}

public static int factor = 25;

public Father()
{
System.out.println("我是爸爸~");
}
}
class Son extends Father
{
static 
{
System.out.println("兒子在靜態(tài)代碼塊");
}

public Son()
{
System.out.println("我是兒子~");
}
}
public class InitializationDemo
{
public static void main(String[] args)
{
System.out.println("爸爸的歲數(shù):" + Son.factor); //入口
}
}

思考一下，上面的代碼最后的輸出結(jié)果是什么？

最終的輸出結(jié)果是：

爺爺在靜態(tài)代碼塊
爸爸在靜態(tài)代碼塊
爸爸的歲數(shù):25

也許會有人問為什么沒有輸出「兒子在靜態(tài)代碼塊」這個字符串？

這是因為對于靜態(tài)字段，只有直接定義這個字段的類才會被初始化（執(zhí)行靜態(tài)代碼塊）。因此通過其子類來引用父類中定義的靜態(tài)字段，只會觸發(fā)父類的初始化而不會觸發(fā)子類的初始化。

對面上面的這個例子，我們可以從入口開始分析一路分析下去：

• 首先程序到 main 方法這里，使用標(biāo)準(zhǔn)化輸出 Son 類中的 factor 類成員變量，但是 Son 類中并沒有定義這個類成員變量。于是往父類去找，我們在 Father 類中找到了對應(yīng)的類成員變量，于是觸發(fā)了 Father 的初始化。
• 但根據(jù)我們上面說到的初始化的 5 種情況中的第 3 種（當(dāng)初始化一個類的時候，如果發(fā)現(xiàn)其父類還沒有進(jìn)行過初始化，則需要先觸發(fā)其父類的初始化）。我們需要先初始化 Father 類的父類，也就是先初始化 Grandpa 類再初始化 Father 類。于是我們先初始化 Grandpa 類輸出：「爺爺在靜態(tài)代碼塊」，再初始化 Father 類輸出：「爸爸在靜態(tài)代碼塊」。
• 最后，所有父類都初始化完成之后，Son 類才能調(diào)用父類的靜態(tài)變量，從而輸出：「爸爸的歲數(shù)：25」。

怎么樣，是不是覺得豁然開朗呢。

我們再來看一下一個更復(fù)雜點的例子，看看輸出結(jié)果是啥。

class Grandpa
{
static
{
System.out.println("爺爺在靜態(tài)代碼塊");
}
public Grandpa() {
System.out.println("我是爺爺~");
}
}
class Father extends Grandpa
{
static
{
System.out.println("爸爸在靜態(tài)代碼塊");
}
public Father()
{
System.out.println("我是爸爸~");
}
}
class Son extends Father
{
static 
{
System.out.println("兒子在靜態(tài)代碼塊");
}
public Son()
{
System.out.println("我是兒子~");
}
}
public class InitializationDemo
{
public static void main(String[] args)
{
new Son(); //入口
}
}

輸出結(jié)果是：

爺爺在靜態(tài)代碼塊
爸爸在靜態(tài)代碼塊
兒子在靜態(tài)代碼塊
我是爺爺~
我是爸爸~
我是兒子~

怎么樣，是不是覺得這道題和上面的有所不同呢。

讓我們仔細(xì)來分析一下上面代碼的執(zhí)行流程：

• 首先在入口這里我們實例化一個 Son 對象，因此會觸發(fā) Son 類的初始化，而 Son 類的初始化又會帶動 Father 、Grandpa 類的初始化，從而執(zhí)行對應(yīng)類中的靜態(tài)代碼塊。因此會輸出：「爺爺在靜態(tài)代碼塊」、「爸爸在靜態(tài)代碼塊」、「兒子在靜態(tài)代碼塊」。
• 當(dāng) Son 類完成初始化之后，便會調(diào)用 Son 類的構(gòu)造方法，而 Son 類構(gòu)造方法的調(diào)用同樣會帶動 Father、Grandpa 類構(gòu)造方法的調(diào)用，最后會輸出：「我是爺爺~」、「我是爸爸~」、「我是兒子~」。

看完了兩個例子之后，相信大家都胸有成足了吧。

下面給大家看一個特殊點的例子，有點難哦！

public class Book {
public static void main(String[] args)
{
staticFunction();
}
static Book book = new Book();
static
{
System.out.println("書的靜態(tài)代碼塊");
}
{
System.out.println("書的普通代碼塊");
}
Book()
{
System.out.println("書的構(gòu)造方法");
System.out.println("price=" + price +",amount=" + amount);
}
public static void staticFunction(){
System.out.println("書的靜態(tài)方法");
}
int price = 110;
static int amount = 112;
}

上面這個例子的輸出結(jié)果是：

書的普通代碼塊
書的構(gòu)造方法
price=110,amount=0
書的靜態(tài)代碼塊
書的靜態(tài)方法

下面我們一步步來分析一下代碼的整個執(zhí)行流程。

在上面兩個例子中，因為 main 方法所在類并沒有多余的代碼，我們都直接忽略了 main 方法所在類的初始化。

但在這個例子中，main 方法所在類有許多代碼，我們就并不能直接忽略了。

• 當(dāng) JVM 在準(zhǔn)備階段的時候，便會為類變量分配內(nèi)存和進(jìn)行初始化。此時，我們的 book 實例變量被初始化為 null，amount 變量被初始化為 0。
• 當(dāng)進(jìn)入初始化階段后，因為 Book 方法是程序的入口，根據(jù)我們上面說到的類初始化的五種情況的第四種（當(dāng)虛擬機(jī)啟動時，用戶需要指定一個要執(zhí)行的主類（包含main()方法的那個類），虛擬機(jī)會先初始化這個主類）。所以JVM 會初始化 Book 類，即執(zhí)行類構(gòu)造器 。
• JVM 對 Book 類進(jìn)行初始化首先是執(zhí)行類構(gòu)造器（按順序收集類中所有靜態(tài)代碼塊和類變量賦值語句就組成了類構(gòu)造器 ），后執(zhí)行對象的構(gòu)造器（按順序收集成員變量賦值和普通代碼塊，最后收集對象構(gòu)造器，最終組成對象構(gòu)造器 ）。

對于 Book 類，其類構(gòu)造方法（）可以簡單表示如下：

static Book book = new Book();
static
{
System.out.println("書的靜態(tài)代碼塊");
}
static int amount = 112;

于是首先執(zhí)行static Book book = new Book();這一條語句，這條語句又觸發(fā)了類的實例化。于是 JVM 執(zhí)行對象構(gòu)造器 ，收集后的對象構(gòu)造器 代碼：

{
System.out.println("書的普通代碼塊");
}
int price = 110;
Book()
{
System.out.println("書的構(gòu)造方法");
System.out.println("price=" + price +", amount=" + amount);
}

于是此時 price 賦予 110 的值，輸出：「書的普通代碼塊」、「書的構(gòu)造方法」。而此時 price 為 110 的值，而 amount 的賦值語句并未執(zhí)行，所以只有在準(zhǔn)備階段賦予的零值，所以之后輸出「price=110,amount=0」。

當(dāng)類實例化完成之后，JVM 繼續(xù)進(jìn)行類構(gòu)造器的初始化：

static Book book = new Book(); //完成類實例化
static
{
System.out.println("書的靜態(tài)代碼塊");
}
static int amount = 112;

即輸出：「書的靜態(tài)代碼塊」，之后對 amount 賦予 112 的值。

到這里，類的初始化已經(jīng)完成，JVM 執(zhí)行 main 方法的內(nèi)容。

public static void main(String[] args)
{
staticFunction();
}

即輸出：「書的靜態(tài)方法」。

方法論

從上面幾個例子可以看出，分析一個類的執(zhí)行順序大概可以按照如下步驟：

• 確定類變量的初始值。在類加載的準(zhǔn)備階段，JVM 會為類變量初始化零值，這時候類變量會有一個初始的零值。如果是被 final 修飾的類變量，則直接會被初始成用戶想要的值。
• 初始化入口方法。當(dāng)進(jìn)入類加載的初始化階段后，JVM 會尋找整個 main 方法入口，從而初始化 main 方法所在的整個類。當(dāng)需要對一個類進(jìn)行初始化時，會首先初始化類構(gòu)造器（），之后初始化對象構(gòu)造器（）。
• 初始化類構(gòu)造器。JVM 會按順序收集類變量的賦值語句、靜態(tài)代碼塊，最終組成類構(gòu)造器由 JVM 執(zhí)行。
• 初始化對象構(gòu)造器。JVM 會按照收集成員變量的賦值語句、普通代碼塊，最后收集構(gòu)造方法，將它們組成對象構(gòu)造器，最終由 JVM 執(zhí)行。

如果在初始化 main 方法所在類的時候遇到了其他類的初始化，那么就先加載對應(yīng)的類，加載完成之后返回。如此反復(fù)循環(huán)，最終返回 main 方法所在類。

結(jié)語

看完了上面的解析之后，再去看看開頭那道題是不是覺得簡單多了呢。很多東西就是這樣，掌握了一定的方法和知識之后，原本困難的東西也變得簡單許多了。

一時沒有看懂也不要灰心，畢竟我也是用了不少的時間才弄懂的。不懂的話可以多看幾遍。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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