解读面试题，彻底搞懂类加载和初始化顺序

AI码师

发布于 2020-11-19 16:00:22

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发布于 2020-11-19 16:00:22

文章被收录于专栏：分布式｜微服务｜性能优化｜并发编程｜源码分析分布式｜微服务｜性能优化｜并发编程｜源码分析

你知道jvm是怎么加载类的么？
类的初始化顺序你有了解么？
我出一个面试题，你能答出来么？

三连问下来，恐怕自己已经被劝退了，有的同学肯定学过jvm基本原理的，但是被面试官一问，就一脸懵了，主要原因是没有掌握到精髓，不知道其中的原理，光靠死记硬背是不行的，面试官都看在眼里的。

本文将带着大家一起分析面试题，来梳理下其中主要的知识点，相信大家在看完之后，一定会有所收获，可以彻底告别面试官的连连追问了。

现在我们进入正题：

面试题1

面试官直接抛过来第一道面试题，看看大家能猜出结果不

package org.apache.dubbo.demo.provider;

public class JVMClass extends BaseCodeBlock {
    {
        System.out.println("子类的普通代码块");
    }
    public JVMClass() {
        System.out.println("子类的构造方法");
    }
    @Override
    public void msg() {
        System.out.println("子类的普通方法");
    }

    public static void msg2() {
        System.out.println("子类的静态方法");
    }

    static {
        System.out.println("子类的静态代码块");
    }

    public static void main(String[] args) {
        BaseCodeBlock bcb = new JVMClass();
        bcb.msg();
    }
    Other o = new Other();
}

class BaseCodeBlock {

    public BaseCodeBlock() {
        System.out.println("父类的构造方法");
    }

    public void msg() {
        System.out.println("父类的普通方法");
    }

    public static void msg2() {
        System.out.println("父类的静态方法");
    }

    static {
        System.out.println("父类的静态代码块");
    }

    Other2 o2 = new Other2();

    {
        System.out.println("父类的普通代码块");
    }
}

class Other {
    Other() {
        System.out.println("初始化子类的属性值");
    }
}

class Other2 {
    Other2() {
        System.out.println("初始化父类的属性值");
    }
}

大家可以把上面的代码拷贝到编辑器上面，执行下看看和自己预期的结果是否一致，这段代码基本上可以展示出了类加载和初始化顺序，给大家看下结果

可以看出如果有继承父类的话，会优先去初始化父类。遵循这样一个顺序

面试题2

面试官开始出第二题了，又抛来一段代码，细品：

package com.example.demo;

public class JVMClass2 {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton1 s1 = Singleton1.getSingleton();
        Singleton2 s2 = Singleton2.getSingleton();
        System.out.println("s1:counter1 = "+ s1.counter1);
        System.out.println("s1:counter2 = "+s1.counter2);
        System.out.println("s2:counter1 = "+ s2.counter1);
        System.out.println("s2:counter2 = "+s2.counter2);
    }
}
class Singleton1{
    private static Singleton1 singleton = new Singleton1();
    public static int counter1;
    public static int counter2 = 0;
    public Singleton1(){
        counter1++;
        counter2++;
    }

    public static Singleton1 getSingleton(){
        return singleton;
    }
}
class Singleton2{
    public static int counter1;
    public static int counter2 = 0;
    private static Singleton2 singleton = new Singleton2();
    public Singleton2(){
        counter1++;
        counter2++;
    }

    public static Singleton2 getSingleton(){
        return singleton;
    }
}

大家可以开动脑经，结合上面的加载顺序，来分析分析这道题的答案。我们直接看运行结果

是不是和内心预期的有点出入啊，我们按照上面的思路分析下，

构造器是在所有初始化之后才执行的
那么在所有属性初始化之后，在执行构造器的时候，counter1和counter2都会有默认的初始值0，那么执行完构造器之后，counter1和counter2结果肯定都是1，
如果这样的话，Singleton2和Singleton1的执行结果应该是一样的，那么为什么Singleton2和我们的预期一致，Singleton1却有出入呢
我们看到他们俩唯一的区别是进行new 实例化的位置不一样。
既然找到了不同，我们继续往下分析，主要分析和预期不一致的Singleton1。
Singleton1 实例化是在静态变量位置上面，所以他们优先执行，直接进入构造器执行。同学们可能会有疑问了，上面不是说构造器是在最后才执行么，为什么这里会先执行呢？因为这个构造器执行是由实例化代码触发的，所以会进行内部递归先执行构造方法
进入构造器方法，这时候counter1和counter2还是保持零值（这是由虚拟机加载class准备阶段执行的，后面会说），执行++之后，counter1和counter2都会变成1。构造方法执行结束，进入下一步
counter1没有被显示赋值，counter2被重新赋值为0，到此初始化结束。
得到counter1和counter2分别为1和0

到此，面试已经结束，我们来结合理论知识总结下jvm类加载和初始化顺序。

java类加载分为五个过程，如图：

类加载顺序

加载

这阶段主要是加载class文件到JVM中，class文件可以是来自本地，也可以是一段二进制流：jvm主要做了如下工作：

1）通过classloader 获取XXX.class文件，将其以二进制流的形式读入内存。

2）将字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构；

3）在内存中生成一个该类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。

验证

这阶段主要是为了确保加载的class 文件能够符合JVM规范，特别是来自网络的二进制字节流，必须要经过校验，防止发生不可预知的错误，当然如果你确信你的class文件是经过多次测试没有任何问题的话，是可以使用参数关闭验证的，感兴趣的可以了解下。

这阶段主要进行了如下内容的验证：

（1）文件格式的验证

验证文件格式是否按照虚拟机的规范，也就是我们前面class文件结构中的内容，比如这是不是一个Class文件（看魔数，是否为CAFEBABE）；

Java版本是否符合当前虚拟机的范围（Java可以向下兼容，但是不能处理大于当前版本的程序）等等。

（2）元数据验证

对Class文件中的元数据进行验证，是否存在不符合Java语义的元数据信息。

有的朋友可能会比较疑惑，什么是元数据呢？

一般情况下，一个文件中包括数据和元数据。数据指的是实际数据，而元数据（Metadata）是用来描述数据的数据。用过Java注解的朋友应该对元数据这种叫法并不陌生，对应的元注解，其实说的差不多都是一个意思。

举个例子：比如说我们定义了一个变量 int a = 1；可以理解成数据就是1，而元数据就是描述有一个字符串变量“a”，这个“a”的类型是int型的，它的值也是一个int型的1，这就是描述数据的数据，就是元数据。

（3）字节码的验证

通过数据流和控制流分析，来确定程序语义是否合法。

以数据来说，要保证类型转换是有效的；对于控制流程的代码，不能让指令跳转到其它方法的字节码指令上等……

（4）符号引用的验证

为了保证解析动作能正常完成，还需在虚拟机将符号引用转成直接引用的时候，判断其它要引用的类是否符合规定。比如，要引用的类是否能够被找到；引用的属性在对应类中是否存在，权限是否符合要求（private的是不能访问的）等。

准备

准备阶段是用来为静态变量在方法区分配内存，并设置零值，上面有提到过，可以串联起来理解。

解析

将虚拟机常量池内的符号引用解析为直接引用，指到内存中的具体地址。

初始化

这一步才真正开始执行我们的代码，进行变量的赋值和相应初始化操作，如果有继承关系，则优先初始化父类。

使用

就是使用。。。

卸载

jvm会将对象标记为null,等待垃圾回收器进行GC

什么时候会触发类的初始化？

了解完加载的五大步之后，我们再看下最后一个重要的知识点，就是我们使用类的时候，什么时候会触发类的初始化呢，分为以下五种情况：

当遇到 new 、 getstatic、putstatic或invokestatic 这4条直接码指令时，比如 new 一个类，读取一个静态字段(未被 final 修饰)、或调用一个类的静态方法时。
使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用时，如果类没初始化，需要触发其初始化。
初始化一个类，如果其父类还未初始化，则先触发该父类的初始化。
当虚拟机启动时，用户需要定义一个要执行的主类 (包含 main 方法的那个类)，虚拟机会先初始化这个类。
当使用 JDK1.7 的动态语言时，如果一个 MethodHandle 实例的最后解析结构为 REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个句柄没有初始化，则需要先触发器初始化

今天分享的面试内容到此结束，我们下一期再见吧