類加載、對(duì)象實(shí)例化知識(shí)點(diǎn)一網(wǎng)打盡

路人甲Java 2021-12-14

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前言

之前說了類加載的過程，但是有的讀者表示還是有些知識(shí)點(diǎn)沒弄清楚，相關(guān)面試題也不能思考出結(jié)果，所以今天就來總結(jié)下類加載、對(duì)象實(shí)例化方面的知識(shí)點(diǎn)/面試題，幫助大家加深印象。

全是干貨，一網(wǎng)打盡類的基礎(chǔ)知識(shí)！先看看下面的問題都能回答上來嗎？

描述new一個(gè)對(duì)象的過程，并結(jié)合例子說明。
類初始化的觸發(fā)時(shí)機(jī)。
多線程進(jìn)行類的初始化會(huì)出問題嗎？
類的實(shí)例化觸發(fā)時(shí)機(jī)。
<clinit>()方法和<init>()方法區(qū)別。
在類都沒有初始化完畢之前，能直接進(jìn)行實(shí)例化相應(yīng)的對(duì)象嗎?
類的初始化過程與類的實(shí)例化過程的異同？
一個(gè)實(shí)例變量在對(duì)象初始化的過程中會(huì)被賦值幾次？

描述new一個(gè)對(duì)象的過程

先上圖，再描述：

類加載鏈接

類初始化

對(duì)象實(shí)例化

Java中對(duì)象的創(chuàng)建過程包括類初始化和類實(shí)例化兩個(gè)階段。
而new就是創(chuàng)建對(duì)象的一種方式，一種時(shí)機(jī)。

當(dāng)執(zhí)行到new的字節(jié)碼指令的時(shí)候，會(huì)先判斷這個(gè)類是否已經(jīng)初始化，如果沒有初始化就要進(jìn)行類的初始化，也就是執(zhí)行類構(gòu)造器<clinit>()方法。
如果已經(jīng)初始化了，就直接進(jìn)行類對(duì)象的實(shí)例化。

類的初始化，是類的生命周期中的一個(gè)階段，會(huì)為類中各個(gè)類成員賦初始值。
類的實(shí)例化，是指創(chuàng)建一個(gè)類的實(shí)例的過程。

但是在類的初始化之前，JVM會(huì)保證類的裝載，鏈接（驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析）四個(gè)階段都已經(jīng)完成，也就是上面的第一張圖。

裝載是指 Java 虛擬機(jī)查找.class文件并生成字節(jié)流，然后根據(jù)字節(jié)流創(chuàng)建java.lang.Class對(duì)象的過程。
鏈接是指驗(yàn)證創(chuàng)建的類，并將其解析到JVM中使之能夠被 JVM 執(zhí)行。

那到底類加載的時(shí)機(jī)是什么時(shí)候呢？JVM 并沒有規(guī)范何時(shí)具體執(zhí)行，不同虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)會(huì)有不同，常見有以下兩種情況：

隱式裝載：在程序運(yùn)行過程中，當(dāng)碰到通過 new 等方式生成對(duì)象時(shí)，系統(tǒng)會(huì)隱式調(diào)用 ClassLoader 去裝載對(duì)應(yīng)的 class 到內(nèi)存中；
顯示裝載：在編寫源代碼時(shí)，主動(dòng)調(diào)用 Class.forName() 等方法也會(huì)進(jìn)行 class 裝載操作，這種方式通常稱為顯示裝載。

所以到這里，大的流程框架就搞清楚了：

當(dāng)JVM碰到new字節(jié)碼的時(shí)候，會(huì)先判斷類是否已經(jīng)初始化，如果沒有初始化（有可能類還沒有加載，如果是隱式裝載，此時(shí)應(yīng)該還沒有類加載，就會(huì)先進(jìn)行裝載、驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析四個(gè)階段），然后進(jìn)行類初始化。
如果已經(jīng)初始化過了，就直接開始類對(duì)象的實(shí)例化工作，這時(shí)候會(huì)調(diào)用類對(duì)象的<init>方法。

結(jié)合例子說明

然后說說具體的邏輯，結(jié)合一段類代碼：

public class Run {
    public static void main(String[] args) {
        new Student();
    }
}


public class Person{
    public static int value1 = 100;
    public static final int value2 = 200;

    public int value4 = 400;

    static{
        value1 = 101;
        System.out.println("1");
    }

    {
        value1 = 102;
        System.out.println("3");
    }

    public Person(){
        value1 = 103;
        System.out.println("4");
    }
}

public class Student extends Person{
    public static int value3 = 300;

    public int value5 = 500;

    static{
        value3 = 301;
        System.out.println("2");
    }

    {
        value3 = 302;
        System.out.println("5");
    }

    public Student(){
        value3 = 303;
        System.out.println("6");
    }
}

首先是類裝載，鏈接（驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析）。
當(dāng)執(zhí)行類準(zhǔn)備過程中，會(huì)對(duì)類中的靜態(tài)變量分配內(nèi)存，并設(shè)置為初始值也就是“0值”。比如上述代碼中的value1，value3，會(huì)為他們分配內(nèi)存，并將其設(shè)置為0。但是注意，用final修飾靜態(tài)常量value2，會(huì)在這一步就設(shè)置好初始值102。
初始化階段，會(huì)執(zhí)行類構(gòu)造器<clinit>方法，其主要工作就是初始化類中靜態(tài)的（變量，代碼塊）。但是在當(dāng)前類的<clinit>方法執(zhí)行之前，會(huì)保證其父類的<clinit>方法已經(jīng)執(zhí)行完畢，所以一開始會(huì)執(zhí)行最上面的父類Object的<clinit>方法，這個(gè)例子中會(huì)先初始化父類Person，再初始化子類Student。
初始化中，靜態(tài)變量和靜態(tài)代碼塊順序是由語句在源文件中出現(xiàn)的順序所決定的，也就是誰寫在前面就先執(zhí)行誰。所以這里先執(zhí)行父類中的value1=100，value1 = 101，然后執(zhí)行子類中的value3 = 300，value3 = 301。
接著就是創(chuàng)建對(duì)象的過程，也就是類的實(shí)例化，當(dāng)對(duì)象被類創(chuàng)建時(shí)，虛擬機(jī)會(huì)分配內(nèi)存來存放對(duì)象自己的實(shí)例變量和父類繼承過來的實(shí)例變量，同時(shí)會(huì)為這些事例變量賦予默認(rèn)值（0值）。
分配完內(nèi)存后，會(huì)初始化父類的普通成員變量（value4 = 400），和執(zhí)行父類的普通代碼塊（value1=102），順序由代碼順序決定。
執(zhí)行父類的構(gòu)造函數(shù)（value1 = 103）。
父類實(shí)例化完了，就實(shí)例化子類，初始化子類的普通成員變量（value5 = 500），執(zhí)行子類的普通代碼塊（value3 = 302），順序由代碼順序決定。
執(zhí)行子類的構(gòu)造函數(shù)（value3 = 303）。

所以上述例子打印的結(jié)果是：

123456

總結(jié)一下執(zhí)行流程就是：

父類靜態(tài)變量和靜態(tài)代碼塊；
子類靜態(tài)變量和靜態(tài)代碼塊；
父類普通成員變量和普通代碼塊；
父類的構(gòu)造函數(shù)；
子類普通成員變量和普通代碼塊；
子類的構(gòu)造函數(shù)。

最后，大家再結(jié)合流程圖好好梳理一下：

類加載鏈接

類初始化

對(duì)象實(shí)例化

類初始化的觸發(fā)時(shí)機(jī)

在同一個(gè)類加載器下，一個(gè)類型只會(huì)被初始化一次，剛才說到new對(duì)象是類初始化的一個(gè)判斷時(shí)機(jī)，其實(shí)一共有六種能夠觸發(fā)類初始化的時(shí)機(jī)：

虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)，初始化包含 main 方法的主類；
遇到 new 等指令創(chuàng)建對(duì)象實(shí)例時(shí)，如果目標(biāo)對(duì)象類沒有被初始化則進(jìn)行初始化操作；
當(dāng)遇到訪問靜態(tài)方法或者靜態(tài)字段的指令時(shí)，如果目標(biāo)對(duì)象類沒有被初始化則進(jìn)行初始化操作；
子類的初始化過程如果發(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；
使用反射 API 進(jìn)行反射調(diào)用時(shí)，如果類沒有進(jìn)行過初始化則需要先觸發(fā)其初始化；
第一次調(diào)用 java.lang.invoke.MethodHandle 實(shí)例時(shí)，需要初始化 MethodHandle 指向方法所在的類。

多線程進(jìn)行類的初始化會(huì)出問題嗎

不會(huì)，<clinit>()方法是阻塞的，在多線程環(huán)境下，如果多個(gè)線程同時(shí)去初始化一個(gè)類，那么只會(huì)有一個(gè)線程去執(zhí)行這個(gè)類的<clinit>()，其他線程都會(huì)被阻塞。

類的實(shí)例化觸發(fā)時(shí)機(jī)

使用new關(guān)鍵字創(chuàng)建對(duì)象
使用Class類的newInstance方法，Constructor類的newInstance方法(反射機(jī)制)
使用Clone方法創(chuàng)建對(duì)象
使用(反)序列化機(jī)制創(chuàng)建對(duì)象

`<clinit>()`方法和`<init>()`方法區(qū)別。

<clinit>()方法發(fā)生在類初始化階段，會(huì)執(zhí)行類中的靜態(tài)類變量的初始化和靜態(tài)代碼塊中的邏輯，執(zhí)行順序就是語句在源文件中出現(xiàn)的順序。
<init>()方法發(fā)生在類實(shí)例化階段，是默認(rèn)的構(gòu)造函數(shù)，會(huì)執(zhí)行普通成員變量的初始化和普通代碼塊的邏輯，執(zhí)行順序就是語句在源文件中出現(xiàn)的順序。

在類都沒有初始化完畢之前，能直接進(jìn)行實(shí)例化相應(yīng)的對(duì)象嗎?

剛才都說了先初始化，再實(shí)例化，如果這個(gè)問題可以的話那不是打臉了嗎？

沒錯(cuò)，要打臉了哈哈。

確實(shí)是先進(jìn)行類的初始化，再進(jìn)行類的實(shí)例化，但是如果我們?cè)陬惖?code>初始化階段就直接實(shí)例化對(duì)象呢？比如：

class Person {

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

    static Person person = new Person();

    static {
        System.out.println("1");
    }

    {
        System.out.println("2");
    }


    Person() {
        System.out.println("3");
        System.out.println("a=" + a + ",b=" + b);
    }

    public static void staticFunction() {
        System.out.println("4");
    }

    int a = 100;
    static int b = 200;

}

嘿嘿，這時(shí)候該怎么打印結(jié)果呢？

按照上面說過的邏輯，應(yīng)該是先靜態(tài)變量和靜態(tài)代碼塊，然后普通成員變量和普通代碼塊，最后是構(gòu)造函數(shù)。

但是因?yàn)殪o態(tài)變量又執(zhí)行了一次new Person()，所以實(shí)例化過程被強(qiáng)行提前了，被嵌入到了初始化過程中，在初始化過程中就進(jìn)行了實(shí)例化。而且因?yàn)槌跏蓟瘺]有結(jié)束就打印了a和b的值，所以static變量b的值就沒有賦值。
這段代碼的結(jié)果就變成了：

2
3
a=100,b=0
1
4

所以，實(shí)例化不一定要在類初始化結(jié)束之后才開始初始化，有可能在初始化過程中就進(jìn)行了實(shí)例化。

另外可以思考下，怎么改就能保證打印的時(shí)候b有值呢？（修改代碼順序或者修改變量修飾符）

類的初始化過程與類的實(shí)例化過程的異同？

學(xué)了上面的內(nèi)容，這個(gè)問題就很簡單了：

類的初始化，是指在類裝載，鏈接之后的一個(gè)階段，會(huì)執(zhí)行<clinit>()方法，初始化靜態(tài)變量，執(zhí)行靜態(tài)代碼塊等。只會(huì)執(zhí)行一次。
類的實(shí)例化，是指在類完全加載到內(nèi)存中后創(chuàng)建對(duì)象的過程，會(huì)執(zhí)行<init>()方法，初始化普通變量，調(diào)用普通代碼塊?？梢员徽{(diào)用多次。

一個(gè)實(shí)例變量在對(duì)象初始化的過程中最多可以被賦值幾次？

那我們就試試舉例出最多的情況，其實(shí)也就是每個(gè)要經(jīng)過的地方都對(duì)實(shí)例變量進(jìn)行一次賦值：

1、對(duì)象被創(chuàng)建時(shí)候，分配內(nèi)存會(huì)把實(shí)例變量賦予默認(rèn)值，這是肯定會(huì)發(fā)生的。
2、實(shí)例變量本身初始化的時(shí)候，就給他賦值一次，也就是int value1=100。
3、初始化代碼塊的時(shí)候，也賦值一次。
4、構(gòu)造函數(shù)中，在進(jìn)行賦值一次。

一共四次，看代碼：

public class Person3 {
    public int value1 = 100;

    {
        value1 = 102;
        System.out.println("2");
    }

    public Person3(){
        value1 = 103;
        System.out.println("3");
    }
}

參考

https://blog.csdn.net/justloveyou_/article/details/72466416
https://kaiwu.lagou.com/course/courseInfo.htm?courseId=67#/detail/pc?id=1860
https://www.jianshu.com/p/8a14ed0ed1e9

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