JAVA 基础之Static关键字和类加载

 问题一  ： 类什么时候被加载/类加载时机？？？：

有如下几个类，我先运行TestA，再运行TestB，那么：

         class A：

public class A {
    public static int a = 6;
}

class TestA：

public class TestA {
    public static void main(String args[]) {
       A a = new A();
       a.a++;
       System.out.println(a.a);
    }
}

class TestB：

public class TestB {
    public static void main(String args[]) {
       A b = new A();
       System.out.println(b.a);
    }
}

（1）运行TestA的时候输出的结果是什么？

  7

（2）运行TestB的时候输出的结果是什么？

 6

（3）运行TestA和TestB的结果为什么相同或不相同？

两段程序入口都是main,程序进入mian 后开始开始加载A类，加载过程中会给 a赋值， main函数结束，程序结束，释放内存，第二次又是一个新的类加载过程。

 

 注意，如下特殊情况：

如下代码

Java代码

package test01;     
    
class FinalStatic {     
    
    public static final int A = 4 + 4;     
    
    static {     
        System.out.println("如果执行了，证明类初始化了……");     
    }     
    
}     
    
public class MyTest03 {     
    
    /**    
     * @param args    
     */    
    public static void main(String[] args) {     
        System.out.println(FinalStatic.A);     
    }     
    
}    

结果是只打印出了8，证明类并没有初始化。反编译源码发现class里面的内容是

public static final int A = 8;

也就是说编译器很智能的、在编译的时候自己就能算出4+4是8，是一个固定的数字。没有什么未知的因素在里面。

将代码稍微改一下

public static final int A = 4 + new Random().nextInt(10);

这个时候静态块就执行了，证明类初始化了。在静态final变量在编译时不定的情况下。如果客户程序这个时候访问了该类的静态变量，那就会对类进行初始化，所以尽量静态final变量尽量没什么可变因素在里面1，否则性能会有所下降。

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问题 2 ： 类加载内部机制 ？：

原文出处 ： http://www.blogjava.net/GavinMiao/archive/2011/09/01/357739.html

 http://www.open-open.com/lib/view/open1352161045813.html

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一个java文件从被加载到被卸载这个生命过程，总共要经历4哥阶段：

加载（即生成Class对象）->链接（验证+准备+解析）（即相当于jvm编译，会给类静态变量默认值）->初始化（使用前的准备，也是部分初始化JAVA代码开始，如构造函数，和类静态变量的初始值）->使用->卸载

其中加载（除了自定义加载）+链接的过程是完全由jvm负责的，什么时候要对类进行初始化工作（加载+链接在此之前已经完成了），jvm有严格的规定（四种情况）：

1.遇到new，getstatic，putstatic，invokestatic这4条字节码指令时，加入类还没进行初始化，则马上对其进行初始化工作。

其实就是3种情况：

　　a .用new实例化一个类时

　　b.读取或者设置类的静态字段时（不包括被final修饰的静态字段，因为他们已经被塞进常量池了）

　　特殊情况：public static final int A = 4 + new Random().nextInt(10);//静态final变量在编译时不定的情况

　　c.以及执行静态方法的时候。

2.使用java.lang.reflect.*的方法对类进行反射调用的时候，如果类还没有进行过初始化，马上对其进行。

3.初始化一个类的时候，如果他的父亲还没有被初始化，则先去初始化其父亲。（不同于子类的构造方法，默认包含Super()方法一样。）

4.当jvm启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含static void main(String[] args)的那个类），则jvm会先去初始化这个类。

以上4种预处理称为对一个类进行主动的引用，其余的其他情况，称为被动引用，都不会触发类的初始化。下面也举了些被动引用的例子：

 * 被动引用情景1
 * 通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类的初始化
 * @author volador
 *
 */
class SuperClass{
    static{
        System.out.println("super class init.");
    }
    public static int value=123;
}

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

public class test{
    public static void main(String[]args){
        System.out.println(SubClass.value);
    }
    
}

输出结果是：super class init。

 * 被动引用情景2
 * 通过数组引用来引用类，不会触发此类的初始化
 * @author volador
 *
 */
public class test{
    public static void main(String[] args){
        SuperClass s_list=new SuperClass[10];
    }
}

输出结果：没输出

 * 被动引用情景3
 * 常量在编译阶段会被存入调用类的常量池中，本质上并没有引用到定义常量类类，所以自然不会触发定义常量的类的初始化
 * @author root
 *
 */
class ConstClass{
    static{
        System.out.println("ConstClass init.");
    }
    public final static String value="hello";
}

public class test{
    public static void main(String[] args){
        System.out.println(ConstClass.value);
    }
}

输出结果：hello（tip：在编译的时候，ConstClass.value已经被转变成hello常量放进test类的常量池里面了）

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1. Classloader的作用，概括来说就是将编译后的class装载、加载到机器内存中，为了以后的程序的执行提供前提条件。

package test01;     
    
class Singleton {     
    
    public static Singleton singleton = new Singleton();     
    public static int a;     
    public static int b = 0;     
    
    private Singleton() {     
        super();     
        a++;     
        b++;     
    }     
    
    public static Singleton GetInstence() {     
        return singleton;     
    }     
    
}     
    
public class MyTest {     
    
    /**    
     * @param args    
     */    
    public static void main(String[] args) {     
        Singleton mysingleton = Singleton.GetInstence();     
        System.out.println(mysingleton.a);     
        System.out.println(mysingleton.b);     
    }     
    
}    

一般不假思索的结论就是，a=1,b=1。给出的原因是：a、b都是静态变量，在构造函数调用的时候已经对a和b都加1了。答案就都是1。但是运行完后答案却是a=1,b=0。

下面我们将代码稍微变一下

Java代码

1. public static Singleton singleton = new Singleton();     
2. public static int a;     
3. public static int b = 0;    

的代码部分替换成

Java代码

1. public static int a;     
2. public static int b = 0;     
3. public static Singleton singleton = new Singleton();    

效果就是刚才预期的a=1,b=1。

为什么呢，这3句无非就是静态变量的声明、初始化，值的变化和声明的顺序还有关系吗?Java不是面向对象的吗?怎么和结构化的语言似地，顺序还有关系。这个就是和Java虚拟机JVM加载类的原理有着直接的关系。

1. 类在JVM中的工作原理

要想使用一个Java类为自己工作，必须经过以下几个过程

1)：类加载load：从字节码二进制文件——.class文件将类加载到内存，从而达到类的从硬盘上到内存上的一个迁移，所有的程序必须加载到内存才能工作。将内存中的class放到运行时数据区的方法区内，之后在堆区建立一个java.lang.Class对象，用来封装方法区的数据结构。这个时候就体现出了万事万物皆对象了，干什么事情都得有个对象。就是到了最底层究竟是鸡生蛋，还是蛋生鸡呢?类加载的最终产物就是堆中的一个java.lang.Class对象。

2)：连接：连接又分为以下小步骤

验证：出于安全性的考虑，验证内存中的字节码是否符合JVM的规范，类的结构规范、语义检查、字节码操作是否合法、这个是为了防止用户自己建立一个非法的XX.class文件就进行工作了，或者是JVM版本冲突的问题，比如在JDK6下面编译通过的class(其中包含注解特性的类)，是不能在JDK1.4的JVM下运行的。

准备：将类的静态变量进行分配内存空间、初始化默认值。(对象还没生成呢，所以这个时候没有实例变量什么事情)

新分配的空间中，所有的原始类型将被置0（int类型为0，boolean类型为false等等），引用类型将被置成null;所以singleton 也是一个属性,也被默认值为null

这阶段会为类变量（指那些静态变量）分配内存并设置类比那辆初始值的阶段，这些内存在方法区中进行分配。这里要说明一下，这一步只会给那些静态变量设置一个初始的值，而那些实例变量是在实例化对象时进行分配的。这里的给类变量设初始值跟类变量的赋值有点不同，比如下面：

public static int value=123;

在这一阶段，value的值将会是0，而不是123，因为这个时候还没开始执行任何java代码，123还是不可见的，而我们所看到的把123赋值给value的putstatic指令是程序被编译后存在于<clinit>()，所以，给value赋值为123是在初始化的时候才会执行的。

这里也有个例外：

public static final int value=123;

这里在准备阶段value的值就会初始化为123了。这个是说，在编译期，javac（还是JVM?答案：http://blog.csdn.net/cutesource/article/details/5904542）会为这个特殊的value生成一个ConstantValue属性，并在准备阶段jm就会根据这个ConstantValue的值来为value赋值了。即编译的时候，就将该值或者是对象放入常量池。

注：java程序要运行需要两次编译，一次是javac,而次是jvm。第一次也是过程中就包含常量池。

解析：把类的符号引用转为直接引用(保留)

3)：类的初始化： 将类的静态变量赋予正确的初始值，这个初始值是开发者自己定义时赋予的初始值，而不是默认值。

2. 类的主动使用与被动使用

以下是视为主动使用一个类，其他情况均视为被动使用!

1)：初学者最为常用的new一个类的实例对象(声明不叫主动使用)

2)：对类的静态变量进行读取、赋值操作的。(静态,final且值确定是常量,是编译时确定的，调用的时候直接用，不会加载对应的类)

3)：直接调用类的静态方法。

4)：反射调用一个类的方法。

5)：初始化一个类的子类的时候，父类也相当于被程序主动调用了(如果调用子类的静态变量是从父类继承过来并没有复写的，那么也就相当于只用到了父类的东东，和子类无关，所以这个时候子类不需要进行类初始化)。

6)：直接运行一个main函数入口的类。

所有的JVM实现(不同的厂商有不同的实现，有人就说IBM的实现比Sun的要好……)在首次主动调用类和接口的时候才会初始化他们。

1. 类的加载方式

1)：本地编译好的class中直接加载

2)：网络加载：java.net.URLClassLoader可以加载url指定的类(即网络下载字节码，并加载)

3)：从jar、zip等等压缩文件加载类，自动解析jar文件找到class文件去加载util类

4)：从java源代码文件动态编译成为class文件（动态生成字节码）

2. 类加载器

JVM自带的默认加载器

1)：根类加载器：bootstrap，由C++编写，所有Java程序无法获得。

2)：扩展类加载器：由Java编写。

3)：系统类、应用类加载器：由Java编写。

用户自定义的类加载器：java.lang.ClassLoader的子类，用户可以定制类的加载方式。每一个类都包含了加载他的ClassLoader的一个引用——getClass().getClassLoader()。如果返回的是null，证明加载他的ClassLoader是根加载器bootstrap。

如下代码

这里面的指针就是C++的指针

1. 回顾那个诡异的代码

从入口开始看

Singleton mysingleton = Singleton.GetInstence();

是根据内部类的静态方法要一个Singleton实例。

这个时候就属于主动调用Singleton类了。

之后内存开始加载Singleton类

1)：对Singleton的所有的静态变量分配空间，赋默认的值，所以在这个时候，singleton=null、a=0、b=0。注意b的0是默认值，并不是咱们手工为其赋予的的那个0值。

2)：之后对静态变量赋值，这个时候的赋值就是我们在程序里手工初始化的那个值了。此时singleton = new Singleton();调用了构造方法。构造方法里面a=1、b=1。之后接着顺序往下执行。

3)：

1. public static int a;  
2.  
3.     public static int b = 0;  

a没有赋值，保持原状a=1。b被赋值了，b原先的1值被覆盖了，b=0。所以结果就是这么来的。类中的静态块static块也是顺序地从上到下执行的。

---

2. 编译时常量、非编译时常量的静态变量

如下代码

Java代码

1. package test01;     
2.     
3. class FinalStatic {     
4.     
5.     public static final int A = 4 + 4;     
6.     
7.     static {     
8.         System.out.println("如果执行了，证明类初始化了……");     
9.     }     
10.     
11. }     
12.     
13. public class MyTest03 {     
14.     
15.     /**    
16.      * @param args    
17.      */    
18.     public static void main(String[] args) {     
19.         System.out.println(FinalStatic.A);     
20.     }     
21.     
22. }    

结果是只打印出了8，证明类并没有初始化。反编译源码发现class里面的内容是

public static final int A = 8;

也就是说编译器很智能的、在编译的时候自己就能算出4+4是8，是一个固定的数字。没有什么未知的因素在里面。

将代码稍微改一下

public static final int A = 4 + new Random().nextInt(10);//静态final变量在编译时不定的情况

//思考　什么是常量？　什么样的静态变量被放进常量池？　

//java文件编译成class　再编译成本机可执行的代码。

同时分析下　:

用final修饰就是代表常量，当常量被设定后，一般情况下就不允许再进行更改

public static final int A = 4 + new Random().nextInt(10);（变量，类常亮）（JVM编译阶段，不会进入常量池）

public final int A = 4 + new Random().nextInt(10);（变量，对象常量）（JVM编译阶段，不会进入常量池）

public final int A = 4 + 4;（恒量，无论程序运行多少次，。值都不变）（JVM编译阶段，会进入常量池）

这个时候静态块就执行了，证明类初始化了。在静态final变量在编译时不定的情况下。如果客户程序这个时候访问了该类的静态变量，那就会对类进行初始化，所以尽量静态final变量尽量没什么可变因素在里面1，否则性能会有所下降。

1. ClassLoader的剖析