一个关于JVM类加载过程的案例

通过谜题探索答案，是一个很好的学习过程☝️。首先，我们就从一个案例出发：

public class Test {
	public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton = Singleton.getInstance();
        
		System.out.println("[main]num1: " + num1);
        System.out.println("[main]num2: " + num2);
	}
}

class Singleton {
	
	public static int num1;
    public static int num2 = 0;
	
	private static Singleton singleton = new Singleton();
	
	private Singleton() {
		num1++;
		num2++;
		
		System.out.println("[cons]num1: " + num1);
		System.out.println("[cons]num2: " + num2);
	}
	
	public static Singleton getInstance() {
		return singleton;
	}
	
}

请观察上面的代码，你觉得输出会是什么？🤔

也许你会觉得这报错了吧？🤔

其实不会，它的输出如下：

[cons]num1: 1
[cons]num2: 1
[main]num1: 1
[main]num2: 1

为什么不报错呢？num1不是没有赋初值么？

不要着急，我们一起来探索答案
我们知道，Java是一个半编译半解释的语言，Java代码先编译成class文件，然后再由虚拟机解释运行。其中，把class文件中的数据加载到内存中准备执行的过程就叫做JVM的类加载机制。

JVM的类加载机制，有以下几个阶段：

关于类加载机制的具体过程是一个长篇大论的内容，本文只关注于我们谜题中涉及的部分。

我们要知道，在上图的 准备(Preparation) 阶段，虚拟机会为每一个静态变量赋予默认的初始值（也称零值）

注意！，此时的虚拟机并不关心程序员是否为此变量赋初始值或赋了什么值

数据类型	零值	数据类型	零值
int	0	boolean	false
long	0L	float	0.0f
short	(short) 0	double	0.0d
char	‘\u0000’	reference	null
byte	(byte) 0

因此，之前的谜题中，num1即使没有赋值虚拟机也会为它赋上零值。

到了 初始化(Initialization) 阶段时，虚拟机才会去关注程序员所赋予的初始值！而且还要注意一点：所有的java虚拟机实现必须在每个类或接口被java程序首次主动使用时才初始化他们，关于这点本文不详谈。

大牛们到这里可能已经觉得不耐烦了，等等别走！，真正的好戏才刚刚开始！

如果把上面代码中的一行换个顺序：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton = Singleton.getInstance();
        
        System.out.println("[main]num1: " + num1);
        System.out.println("[main]num2: " + num2);
    }
}

class Singleton {
    
    public static int num1;
    
    //我刚才在这里
    //public static int num2 = 0;
    
    private static Singleton singleton = new Singleton();
    
    private Singleton() {
        num1++;
        num2++;
        
        System.out.println("[cons]num1: " + num1);
        System.out.println("[cons]num2: " + num2);
    }
    
    //现在到这儿来啦！
    public static int num2 = 0;
    
    public static Singleton getInstance() {
        return singleton;
    }
    
}

这样，输出又是什么呢？

直接甩答案：

[cons]num1: 1
[cons]num2: 1
[main]num1: 1
[main]num2: 0    //ATTENTION!!!

嗯~~有点儿意思

这其中的陷阱在于我们一定要记住，类加载时，对变量的准备和初始化都是按照 顺序执行 ！的

如上代码中，变量的顺序为：1️⃣num1，2️⃣singleton，3️⃣num2

我们按照类加载机制和变量的顺序捋一遍这段代码的加载过程

首先在准备阶段：

1. num1赋予零值，num1 == 0

2. singleton赋予零值，singleton == null

3. num2赋予零值，num2 == 0

接下来到了初始化阶段，注意顺序还是那个顺序：

1. num1没有人为赋值，num1 == 0

2. singleton == new Singleton()，此时执行构造方法Singleton()。在构造方法中num1++; num2++;因此会输出

   [cons]num1: 1
   [cons]num2: 1
   

3. 最后到了num2初始化，它被人为初始化为0，所以最终num2 == 0，输出

   [main]num1: 1
   [main]num2: 0
   

希望这篇文章能够让你学到知识！当然，JVM的类加载机制远不止这些，还有很多有趣的谜题等着我们去探索！

最后，一个小练习，上面的代码如果这样修改，会输出什么？

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Singleton singleton = Singleton.getInstance();
        
        System.out.println("[main]num1: " + num1);
        System.out.println("[main]num2: " + num2);
    }
}

class Singleton {
    
    public static int num1 = 1;

    private static Singleton singleton = new Singleton();
    
    private Singleton() {
        num1++;
        num2++;
        
        System.out.println("[cons]num1: " + num1);
        System.out.println("[cons]num2: " + num2);
    }
    
    //现在到这儿来啦！
    public static int num2 = 0;
    
    public static Singleton getInstance() {
        return singleton;
    }
    
}

聪明的你一定能给出答案，正确答案就是：

[cons]num1: 2
[cons]num2: 1
[main]num1: 2
[main]num2: 0

参考资料：

[1] 张龙，《深入理解JVM》，http://www.iprogramming.cn/

[2] 周志明，《深入理解java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》（第2版）