Java的Class类及static块的执行时机

梦里梦外; 2022-09-26 02:49 220阅读 0赞

要理解RTTI在Java中的工作原理，首先必须知道类型信息在运行时是如何表示的，这项工程由Class对象完成，它包含了与类有关的信息。Java使用Class对象来执行其RTTI，即使你执行的是类似转型这样的操作。  
Java程序在运行时，Java运行时系统一直对所有的对象进行所谓的运行时类型标识。这项信息纪录了每个对象所属的类。虚拟机通常使用运行时类型信息选准正确方法去执行，用来保存这些类型信息的类是Class类。Class类封装一个对象和接口运行时的状态，当装载类时，Class类型的对象自动创建。

Class 没有公共构造方法。Class 对象是在加载类时由 Java 虚拟机以及通过调用类加载器中的 defineClass 方法自动构造的，因此不能显式地声明一个Class对象。  
虚拟机为每种类型管理一个独一无二的Class对象。也就是说，每个类（型）都有一个Class对象。运行程序时，Java虚拟机(JVM)首先检查是否所要加载的类对应的Class对象是否已经加载。如果没有加载，JVM就会根据类名查找.class文件，并将其Class对象载入。  
基本的 Java 类型（boolean、byte、char、short、int、long、float 和 double）和关键字 void 也都对应一个 Class 对象。  
每个数组属于被映射为 Class 对象的一个类，所有具有相同元素类型和维数的数组都共享该 Class 对象。  
一般某个类的Class对象被载入内存，它就用来创建这个类的所有对象。

**获取Class对象的方式**  
1、调用Object类的getClass()方法来得到Class对象，这也是最常见的产生Class对象的方法。例如：  
MyObject x;  
Class c1 = x.getClass();  
2、使用Class类的中静态forName()方法获得与字符串对应的Class对象。例如：  
Class c2=Class.forName(“MyObject”),Employee必须是接口或者类的名字。  
3、获取Class类型对象的第三个方法非常简单。如果T是一个Java类型，那么T.class就代表了匹配的类对象。例如  
Class cl1 = Manager.class;  
Class cl2 = int.class;  
Class cl3 = Double\[\].class;  
注意：Class对象实际上描述的只是类型，而这类型未必是类或者接口。例如上面的int.class是一个Class类型的对象。由于历史原因，数组类型的getName方法会返回奇怪的名字。

**其中关于加载，有些主要注意的问题：**  
当使用“.class”来创建Class对象的引用时，不会自动的初始化该Class对象，为了使用类而做的准备工作实际包含三个步骤：

（1）装载  
（2）连接  
（3）初始化  
其中装载阶段又三个基本动作组成：

（1）通过类型的完全限定名，产生一个代表该类型的二进制数据流
    （2）解析这个二进制数据流为方法区内的内部数据结
    （3）构创建一个表示该类型的java.lang.Class类的实例

另外如果一个类装载器在预先装载的时遇到缺失或错误的class文件，它需要等到程序首次主动使用该类时才报告错误。

连接阶段又分为三部分：

（1）验证，确认类型符合Java语言的语义，检查各个类之间的二进制兼容性(比如final的类不用拥有子类等)，另外还需要进行符号引用的验证。
     （2）准备，Java虚拟机为类变量分配内存，设置默认初始值。
     （3）解析(可选的) ，在类型的常量池中寻找类，接口，字段和方法的符号引用，把这些符号引用替换成直接引用的过程。

当一个类被主动使用时，Java虚拟就会对其初始化，如下六种情况为主动使用：

（1）当创建某个类的新实例时（如通过new或者反射，克隆，反序列化等）
    （2）当调用某个类的静态方法时
    （3）当使用某个类或接口的静态字段时（static final不触发）
    （4）当调用Java API中的某些反射方法时，比如类Class中的方法，或者java.lang.reflect中的类的方法时
    （5）当初始化某个子类时
    （6）当虚拟机启动某个被标明为启动类的类（即包含main方法的那个类）

Java编译器会收集所有的类变量初始化语句和类型的静态初始化器，将这些放到一个特殊的方法中：clinit。  
实际上，static块的执行发生在“初始化”的阶段。初始化阶段，jvm主要完成对静态变量的初始化，静态块执行等工作。

下面我们看看执行static块的几种情况：

1、第一次new A()的过程会打印”“；因为这个过程包括了初始化

2、第一次Class.forName(“A”)的过程会打印”“；因为这个过程相当于Class.forName(“A”,true,this.getClass().getClassLoader());

3、第一次Class.forName(“A”,false,this.getClass().getClassLoader())的过程则不会打印”“。因为false指明了装载类的过程中，不进行初始化。不初始化则不会执行static块。

参考资料：深入Java虚拟机

接下来实际举两个例子

import java.util.*;
    class Initable{
        static final int staticFinal = 47;
        static final int staticFinal2 = ClassInitialization.rand.nextInt(1000);
        static{
            System.out.println("Initializing Initable");
        }
    }
    public class ClassInitialization {
        public static Random rand = new Random(47);
        public static void main(String[] args) {
            // TODO Auto-generated method stub
            Class initable = Initable.class;
            System.out.println("After creating Initable");
            //Does not trigger initialization
            System.out.println(Initable.staticFinal);
            //Does trigger initialization
            System.out.println(Initable.staticFinal2);
        }
    
    }

输出结果：  
![这里写图片描述][20160918165816520]

会发现，初始化被延迟到了进行首次引用时才执行。引用会调用静态代码块，当你第一次使用引用的时候就会发生如上情况（JVM原理中的懒加载）

同理的例子：  
![这里写图片描述][20160918170143041]  
![这里写图片描述][20160918170128041]  
![这里写图片描述][20160918170215229]  
![这里写图片描述][20160918170230057]  
在第二种情况就产生了调用。

还需要额外注意的问题就是static final是“编译器常量”，像Initable.staticFinal那样，那个这个值不需要对Initable类进行初始化就可以被读取。但是，如果只是将**一个域**设置为static和final的，还不足以确保这种行为，例如Initable.staticFinal2的访问将对其将强制进行类的初始化，因为它不是一个编译器常量。  
如果一个static域不是final的，那么在对它访问时，总是要求在它被读取之前，要先进性链接（为这个域分配存储空间）和初始化（初始化该存储空间）。

参考资料：Thinking in Java

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