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開門見山

首先引入一道面試題

• 錯誤答案：count1=1;count2=1
• 正確答案：count1=1;count2=0

為神馬?為神馬?這要從java的類加載時機(jī)說起。

本來是準(zhǔn)備把分析結(jié)果寫在最下面的但是怕大家沒有耐心看到最后我這邊先大概分析下，如果看不懂下面的分析。真心建議大家能看到最后，文章不算長。

1. `Single single = Single.getInstance();`調(diào)用了類的`Single`調(diào)用了類的靜態(tài)方法，觸發(fā)類的初始化
2. 類加載的時候在準(zhǔn)備過程中為類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存并初始化默認(rèn)值 `single=null count1=0,count2=0`
3. 類初始化化，為類的靜態(tài)變量賦值和執(zhí)行靜態(tài)代碼快。`single`賦值為`new Single()`調(diào)用類的構(gòu)造方法
4. 調(diào)用類的構(gòu)造方法后`count=1;count2=1`
5. 繼續(xù)為`count1`與`count2`賦值,此時`count1`沒有賦值操作,所有`count1`為1,但是`count2`執(zhí)行賦值操作就變?yōu)?

類的加載時機(jī)

類從被加載到虛擬機(jī)內(nèi)存中開始，直到卸載出內(nèi)存為止，它的整個生命周期包括了：加載、驗證、準(zhǔn)備、解析、初始化、使用和卸載這7個階段。其中，驗證、準(zhǔn)備和解析這三個部分統(tǒng)稱為連接(linking)。

其中加載、驗證、準(zhǔn)備、初始化和卸載五個步驟的順序都是確定的，解析階段在某些情況下有可能發(fā)生在初始化之后，這是為了支持 Java 語言的運行期綁定的特性。

何時開始類的初始化

1. 創(chuàng)建類的實例
2. 訪問類的靜態(tài)變量(除常量【被final修辭的靜態(tài)變量】原因:常量一種特殊的變量，因為編譯器把他們當(dāng)作值(value)而不是域(field)來對待。如果你的代碼中用到了常變量(`constant variable`)，編譯器并不會生成字節(jié)碼來從對象中載入域的值，而是直接把這個值插入到字節(jié)碼中。這是一種很有用的優(yōu)化，但是如果你需要改變final域的值那么每一塊用到那個域的代碼都需要重新編譯。
3. 訪問類的靜態(tài)方法
4. 反射如(`Class.forName("my.xyz.Test")`)
5. 當(dāng)初始化一個類時，發(fā)現(xiàn)其父類還未初始化，則先出發(fā)父類的初始化
6. 虛擬機(jī)啟動時，定義了main()方法的那個類先初始化

• 主動引用：上面這些種行為稱為對一個類的的主動引用，會觸發(fā)類的初始化
• 被動引用：除上面五種主動引用之外，其他引用類的方式都不會觸發(fā)類的初始化，稱為類的被動引用

接口的加載過程與類的加載過程稍有不同。接口中不能使用`static{}`塊。當(dāng)一個接口在初始化時，并不要求其父接口全部都完成了初始化，只有真正在使用到父接口時(例如引用接口中定義的常量)才會初始化。

被動引用例子

示例一

對于靜態(tài)字段，只有直接定義這個字段的類會被初始化，如果是通過子類引用父類的字段，父類會被初始化，子類不一定會被初始化，子類會不會被初始化 JVM 虛擬機(jī)規(guī)范并沒有明確規(guī)定，取決于虛擬機(jī)的具體實現(xiàn)

上面代碼運行之后輸出結(jié)果如下所示

SuperClass init! 
The value is 24 

示例二

上面代碼運行之后，并不會輸出 “SubClass init!“，因為在上面Demo#main()方法中，并沒有初始化SubClass類，而是初始化了一個SubClass[]數(shù)組類，SubClass[]數(shù)組類代表了一個元素類型為SubClass的一維數(shù)組，繼承自O(shè)bject類，由newarray字節(jié)碼創(chuàng)建。

示例三

上面代碼運行之后也并不會輸出”Constant init!“，因為這涉及到一個概念 —- “常量傳播優(yōu)化”。雖然在代碼中Demo類引用了Constant類中的常量VALUE，但是在編譯階段，會將VALUE的實際值”Hello World!“放到Demo類中的常量池中，Demo類每次使用”Hello World!“常量的時候都會從自己的常量池中去找。Demo類不會持有Constant類的符號引用，所以Constant類也并不會被初始化。

類的加載過程

加載

在加載階段有三個步驟：

1. 通過一個類的全限定名獲取定義此類的二進(jìn)制字節(jié)流
2. 將二進(jìn)制字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為方法區(qū)中的運行時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
3. 在內(nèi)存中生成一個代表此類的`java.lang.Class`的對象，作為方法區(qū)這些數(shù)據(jù)的訪問入口

在這個階段，有兩點需要注意：

1. 并沒有規(guī)定從哪里獲取二進(jìn)制字節(jié)流。我們可以從`.class`靜態(tài)存儲文件中獲取，也可以從`zip、jar`等包中讀取，可以從數(shù)據(jù)庫中讀取，也可以從網(wǎng)絡(luò)中獲取，甚至我們自己可以在運行時自動生成。
2. 在內(nèi)存中實例化一個代表此類的`java.lang.Class`對象之后，并沒有規(guī)定此`Class`對象是方法`Java`堆中的，有些虛擬機(jī)就會將`Class`對象放到方法區(qū)中，比如`HotSpot`。

驗證

驗證是連接階段的第一個步驟，驗證的目的是為了確保`.class`文件中的字節(jié)流所包含的信息是符合當(dāng)前虛擬機(jī)的要求，并且不會危害到虛擬機(jī)自身的安全的。

`Java`語言本身是相對安全的語言，使用Java編碼是無法做到如訪問數(shù)組邊界以外的數(shù)據(jù)、將一個對象轉(zhuǎn)型為它并未實現(xiàn)的類型等，如果這樣做了，編譯器將拒絕編譯。但是，`Class`文件并不一定是由`Java`源碼編譯而來，可以使用任何途徑，包括用十六進(jìn)制編輯器(如`UltraEdit`)直接編寫。如果直接編寫了有害的“代碼”(字節(jié)流)，而虛擬機(jī)在加載該Class時不進(jìn)行檢查的話，就有可能危害到虛擬機(jī)或程序的安全。

1. 不同的虛擬機(jī)，對類驗證的實現(xiàn)可能有所不同，但大致都會完成下面四個階段的驗證：文件格式驗證、元數(shù)據(jù)驗證、字節(jié)碼驗證和符號引用驗證。文件格式驗證，是要驗證字節(jié)流是否符合Class文件格式的規(guī)范，并且能被當(dāng)前版本的虛擬機(jī)處理。如驗證魔數(shù)是否0xCAFEBABE;主、次版本號是否正在當(dāng)前虛擬機(jī)處理范圍之內(nèi);常量池的常量中是否有不被支持的常量類型……該驗證階段的主要目的是保證輸入的字節(jié)流能正確地解析并存儲于方法區(qū)中，經(jīng)過這個階段的驗證后，字節(jié)流才會進(jìn)入內(nèi)存的方法區(qū)中存儲，所以后面的三個驗證階段都是基于方法區(qū)的存儲結(jié)構(gòu)進(jìn)行的。
2. 元數(shù)據(jù)驗證，是對字節(jié)碼描述的信息進(jìn)行語義分析，以保證其描述的信息符合Java語言規(guī)范的要求?？赡馨ǖ尿炞C如：這個類是否有父類;這個類的父類是否繼承了不允許被繼承的類;如果這個類不是抽象類，是否實現(xiàn)了其父類或接口中要求實現(xiàn)的所有方法……
3. 字節(jié)碼驗證，主要工作是進(jìn)行數(shù)據(jù)流和控制流分析，保證被校驗類的方法在運行時不會做出危害虛擬機(jī)安全的行為。如果一個類方法體的字節(jié)碼沒有通過字節(jié)碼驗證，那肯定是有問題的;但如果一個方法體通過了字節(jié)碼驗證，也不能說明其一定就是安全的。
4. 符號引用驗證，發(fā)生在虛擬機(jī)將符號引用轉(zhuǎn)化為直接引用的時候，這個轉(zhuǎn)化動作將在“解析階段”中發(fā)生。驗證符號引用中通過字符串描述的權(quán)限定名是否能找到對應(yīng)的類;在指定類中是否存在符合方法字段的描述符及簡單名稱所描述的方法和字段;符號引用中的類、字段和方法的訪問性(`private、protected、public、default`)是否可被當(dāng)前類訪問

驗證階段對于虛擬機(jī)的類加載機(jī)制來說，不一定是必要的階段。如果所運行的全部代碼確認(rèn)是安全的，可以使用`-Xverify：none`參數(shù)來關(guān)閉大部分的類驗證措施，以縮短虛擬機(jī)類加載時間。

準(zhǔn)備

準(zhǔn)備階段是為類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存并將其初始化為默認(rèn)值，這些內(nèi)存都將在方法區(qū)中進(jìn)行分配。準(zhǔn)備階段不分配類中的實例變量的內(nèi)存，實例變量將會在對象實例化時隨著對象一起分配在Java堆中。

有幾點需要注意：

1.在方法區(qū)中分配內(nèi)存的只有類變量(被`static`修飾的變量)，而不包括實例變量，實例變量將會跟隨著對象在 Java 堆中為其分配內(nèi)存

2.初始化類變量的時候，是將類變量初始化為其類型對應(yīng)的`0`值，比如有如下類變量，在準(zhǔn)備階段完成之后`val`的值是`0`而不是 `123`，為 `val`復(fù)制為`123`，是在后面要講的初始化階段之后

//在準(zhǔn)備階段value初始值為0 。在初始化階段才會變?yōu)?23 。 
public static int val=123; 

3. 對于常量，其對應(yīng)的值會在編譯階段就存儲在字段表的`ConstantValue`屬性當(dāng)中，所以在準(zhǔn)備階段結(jié)束之后，常量的值就是`ConstantValue`所指定的值了，比如如下，在準(zhǔn)備階段結(jié)束之后，`val`的值就是`123`了。

public static final int val = 123; 

解析

解析階段是虛擬機(jī)將常量池內(nèi)的符號引用替換為直接引用的過程。

符號引用(Symbolic Reference)：符號引用以一組符號來描述所引用的目標(biāo)，符號可以是任何形式的字面量，只要使用時能無歧義地定位到目標(biāo)即可。符號引用與虛擬機(jī)實現(xiàn)的內(nèi)存布局無關(guān)，引用的目標(biāo)并不一定已經(jīng)加載到內(nèi)存中。

直接引用(Direct Reference)：直接引用可以是直接指向目標(biāo)的指針、相對偏移量或是一個能間接定位到目標(biāo)的句柄。直接引用是與虛擬機(jī)實現(xiàn)的內(nèi)存布局相關(guān)的，如果有了直接引用，那么引用的目標(biāo)必定已經(jīng)在內(nèi)存中存在。

初始化

類的初始化階段才是真正開始執(zhí)行類中定義的 Java 程序代碼。初始化說白了就是調(diào)用類構(gòu)造器`()`的過程，在類的構(gòu)造器中會為類變量初始化定義的值，會執(zhí)行靜態(tài)代碼塊中的內(nèi)容。下面將介紹幾點和開發(fā)者關(guān)系較為緊密的注意點

1. 類構(gòu)造器`()`是由編譯器自動收集類中出現(xiàn)的類變量、靜態(tài)代碼塊中的語句合并產(chǎn)生的，收集的順序是在源文件中出現(xiàn)的順序決定的，靜態(tài)代碼塊可以訪問出現(xiàn)在靜態(tài)代碼塊之前的類變量，出現(xiàn)的靜態(tài)代碼塊之后的類變量，只可以賦值，但是不能訪問，比如如下代碼

2. `()`類構(gòu)造器和`()`實例構(gòu)造器不同，類構(gòu)造器不需要顯示的父類的類構(gòu)造，在子類的類構(gòu)造器調(diào)用之前，會自動的調(diào)用父類的類構(gòu)造器。因此虛擬機(jī)中第一個被調(diào)用的`()`方法是 `java.lang.Object`的類構(gòu)造器

3. 由于父類的類構(gòu)造器優(yōu)先于子類的類構(gòu)造器執(zhí)行，所以父類中的`static{}`代碼塊也優(yōu)先于子類的`static{}`執(zhí)行

4. 類構(gòu)造器`()`對于類來說并不是必需的，如果一個類中沒有類變量，也沒有`static{}`，那這個類不會有類構(gòu)造器`()`

5. 接口中不能有`static{}`，但是接口中也可以有類變量，所以接口中也可以有類構(gòu)造器 `{}`，但是接口的類構(gòu)造器和類的類構(gòu)造器有所不同，接口在調(diào)用類構(gòu)造器的時候，如果不需要，不用調(diào)用父接口的類構(gòu)造器，除非用到了父接口中的類變量，接口的實現(xiàn)類在初始化的時候也不會調(diào)用接口的類構(gòu)造器

6. 虛擬機(jī)會保證一個類的`()`方法在多線程環(huán)境中被正確地加鎖、同步，如果多個線程同時去初始化一個類，那么只有一個線程去執(zhí)行這個類的類構(gòu)造器`()`，其他線程會被阻塞，直到活動線程執(zhí)行完類構(gòu)造器`()`方法