Java类中各模块的加载顺序的JVM本质理解

本文详细解析了Java类加载过程中的静态与非静态代码块的执行顺序,通过具体实例阐述了JVM如何处理类和对象的初始化过程。

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Java类中各模块的加载顺序只是表象,但至于为什么我们需要理解JVM的加载本质原理。

话不多说,上代码,从分析代码开始:

public class Test1 {

    static{
        System.out.println("这是静态代码块");
    }

    {
        System.out.println("这是普通代码块");
    }

    public static void method(){
        System.out.println("这是一个静态方法");
    }

    public void method2(){
        System.out.println("这是一个普通方法");
    }

    public Test1(){
        System.out.println("这是一个无参构造方法");
    }


    public static void main(String[] args) {

    }

}

运行结果为:

这是静态代码块

分析如下:
首先,JVM在加载类的时候先找一个类的main()方法,这也是一个类的入口,如果没有main()方法,这个类将无法执行。所以main()方法是类加载的前提。但是不是说,有了main()方法就必须先执行main()方法里面的代码,这是大错特错的,就比如说你去打扫一个房间,房间的门牌号是你找到房间的前提。但是找到房间后并不是要先打扫门口的位置。
找到main()方法后,JVM开始初始化类,而static修饰的代码块,是根据类加载而加载的,并且只会加载依次,下次再加载这个类时,因为类已经被加载过了,所以static代码块也已经加载过了,所以不会再次执行static代码块。而普通代码块和构造方法是与对象有关的,而所有的代码都没有对象的产生,所以也不会执行这些代码,所以非静态代码全都没有执行。虽然有被静态修饰的方法,但是方法不调用不执行,所以输出结果里没有方法的结果。

我们接着尝试创建对象:

代码如下:

public static void main(String[] args) {
        Test1 t=new Test1();

    }

程序运行结果如下:

这是静态代码块
这是普通代码块
这是一个无参构造方法

分析如下:
正如我们上面说的那样,JVM在找到main方法后,开始初始化类,执行静态代码块,然后回到main()方法,执行main()方法里面的代码, 创建对象后,程序中的非静态代码块和构造方法相继执行,完成后回到main()方法,再执行main()方法下面的程序,我们可以修改下main()方法验证下。

main()方法如下:

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello");
        Test1 t=new Test1();
        System.out.println("World");

    }

结果如下:

这是静态代码块
Hello
这是普通代码块
这是一个无参构造方法
World

输出结果证明了我们的想法,那就是:
找到main()方法 —> 初始化静态代码块 —> 回到main()方法 —>执行main()方法里面的程序,创建对象 —> 执行非静态代码和构造方法 —> 再回到main()方法执行下面的语句

为了说明类与静态代码是相关的,即类如果已经被加载了,再次加载类时,静态代码块也不会再次初始化。

修改main()方法如下:

    public static void main(String[] args) {
        Test1 t=new Test1();
        Test1 tt=new Test1();

    }

运行结果如下:

这是静态代码块
这是普通代码块
这是一个无参构造方法
这是普通代码块
这是一个无参构造方法

分析如下:
虽然连续创建了两次对象,但类在找到main()方法后已经被加载过了,静态代码块也就是在这个时候加载的,再次创建对象时,只执行跟对象有关的代码块,所以静态代码块跟类有关,只会跟类一起加载一次,而非静态代码快随着对象的创建而不断加载。

是不是感觉已经明白的差不多了,别着急,我们在看一个程序:

public class Test1 {
    static Test1 t1=new Test1();

    static{
        System.out.println("这是静态代码块");
    }

    {
        System.out.println("这是普通代码块");
    }

    public static void method(){
        System.out.println("这是一个静态方法");
    }

    public void method2(){
        System.out.println("这是一个普通方法");
    }

    public Test1(){
        System.out.println("这是一个无参构造方法");
    }


    public static void main(String[] args) {

    }

}

运行结果如下:

这是普通代码块
这是一个无参构造方法
这是静态代码块

代码分析如下:
JVM在找到main()方法后,初始化类,去执行静态代码,而静态代码刚好是一个创建对象的过程,我们又知道非静态代码才是跟对象有关的,所以会再次进入这个类去寻找非静态代码块,所以我们看到的结果是先输出了普通代码块和构造方法,创建对象完成后,JVM继续初始化类,第一个静态代码已经执行完毕,接下类执行下一个静态代码块,也就是我们看到的输出了静态代码块。然后回到main()方法,main()方法里面没有内容,所以程序运行结束。

如果我们在main()里面创建一个对象会怎么样呢?

修改main()方法如下:

    public static void main(String[] args) {
        Test1 t=new Test1();    
    }

运行结果如下:

这是普通代码块
这是一个无参构造方法
这是静态代码块
这是普通代码块
这是一个无参构造方法

分析如下:
前三个输出结果如我们预料的一样,当回到main()方法时,创建对象,就执行非静态代码,那么就会输出后两行结果。

如果我们仔细观察会发现,static Test1 t1=new Test1()这行代码为什么不是死循环呢,因为new Test1()会进入Test1()类,但是只会执行非静态代码,也就是不会再执行new Test1()了,所以自然不会死循环。但是如果去掉static那么我们看一下结果:

这是静态代码块
Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError
at test.Test1.<init>
....
....

会报错,是因为无限制创建对象的结果,因为在执行完静态代码后,创建对象后会继续执行非静态代码,然后再创建对象,再执行非静态代码…如此循环下去,内存被耗完,所以就会报错。

再考虑一种情况,有两个类:

 class Test2 {
    static{
        System.out.println("这是静态代码块");
    }

    {
        System.out.println("这是普通代码块");
    }

    public static void method(){
        System.out.println("这是一个静态方法");
    }

    public void method2(){
        System.out.println("这是一个普通方法");
    }

    public Test2(){
        System.out.println("这是一个无参构造方法");
    }


    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("hhellp");
        Test1 t=new Test1();    
    }

}

   public class Test1{
       public static void main(String[] args) {
            Test2 t=new Test2();    
            Test2 tt=new Test2();
        }
   }

运行结果为:

这是静态代码块
这是普通代码块
这是一个无参构造方法
这是普通代码块
这是一个无参构造方法

代码分析:
JVM首先会加载main()方法所在的类,加载这个类的静态方法,发现没有后回到main()方法,执行这行代码 Test2 t=new Test2(),也就是创建Test2()的对象,所以JVM又要开始加载这个类,因为这个类之前没有被加载过,所以会先运行静态代码块来初始化类,然后再运行普通代码块然后使用构造方法,这也是前三行的结果,然后再次回到main()方法,执行这行代码 Test2 t=new Test2(),然后发现Test2()这个类已经被JVM加载过了,所以不需要初始化类,直接调用非静态方法就可以了。

其实,上面说了那么多,就一个道理而已:

静态代码是与类有关的,类加载一次,静态代码也就只会加载一次。 非静态代码是与对象有关的,对象创建几次就执行几次。

加载顺序只是表象,而JVM的底层加载才是真理呀!

<think>我们正在讨论Java加载顺序和机制。根据引用内容,我们可以总结以下几点: 1. 动态加载:在第一次被使用时才加载到JVM(引用[1])。 2. 加载触发条件:当第一次引用的静态成员(静态变量、静态方法、构造方法)时,才会加载该(引用[1])。 3. 加载器的层次结构:每个加载器都有父加载器,加载时遵循双亲委派模型(引用[2])。 4. 沙箱安全机制:防止核心API被篡改,例如不允许加载自定义的java.lang.String(引用[3])。 现在,我们需要详细解释加载顺序及其工作原理。加载过程包括加载、验证、准备、解析、初始化五个阶段。而加载顺序则涉及双亲委派模型。 ### 加载顺序(双亲委派模型) 1. 当一个加载器收到加载请求时,它首先不会自己去加载,而是将请求委派给父加载器。 2. 每一层加载器都是如此,因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动加载器(Bootstrap ClassLoader)。 3. 只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求(在它的搜索范围中没有找到所需的)时,子加载器才会尝试自己去加载。 ### 加载器层次(从高到低) 1. **启动加载器(Bootstrap ClassLoader)**:加载JAVA_HOME/lib目录下的核心库,由C++实现,是JVM的一部分。 2. **扩展加载器(Extension ClassLoader)**:加载JAVA_HOME/lib/ext目录下的,或者由java.ext.dirs系统变量指定的路径中的所有库。 3. **应用程序加载器(Application ClassLoader)**:加载用户路径(ClassPath)上的库。如果没有自定义加载器,一般情况下这就是默认的加载器。 4. **自定义加载器**:用户自己定义的加载器。 ### 工作原理(双亲委派模型的具体步骤) 1. 首先检查请求的是否已经被加载过。 2. 若没有,则委派给父加载器去加载。 3. 若父加载器无法完成加载(抛出ClassNotFoundException),则由自己来加载。 这种模型的好处是确保Java核心库的型安全(如引用[3]提到的沙箱安全机制),防止用户自定义的替换核心库的。 ### 加载的五个阶段 1. **加载**:通过的全限定名获取定义此的二进制字节流;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;在内存中生成一个代表该java.lang.Class对象,作为方法区这个的各种数据的访问入口。 2. **验证**:确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求,并且不会危害虚拟机自身的安全。 3. **准备**:为变量(静态变量)分配内存并设置初始值(零值)。 4. **解析**:将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。 5. **初始化**:执行构造器`<clinit>()`方法的过程(包括静态变量赋值和静态代码块)。 注意:初始化阶段是真正执行中定义的Java程序代码(字节码)的阶段。 ### 初始化触发条件 初始化是加载过程的最后一个阶段,当遇到以下情况时,会触发初始化: 1. 创建的实例(new关键字)。 2. 访问的静态变量(除常量外,常量在编译期会存入调用的常量池中,本质上没有直接引用到定义常量的,因此不会触发定义常量的的初始化)。 3. 调用的静态方法。 4. 反射(Class.forName())。 5. 初始化一个的子(会先触发父的初始化)。 6. JVM启动时被标明为启动(包含main方法的那个)。 ### 示例 ```java public class Parent { static { System.out.println("Parent static block"); } } public class Child extends Parent { static { System.out.println("Child static block"); } public static void main(String[] args) { System.out.println("Child main"); } } ``` 运行Child时,输出顺序为: ``` Parent static block Child static block Child main ``` 因为初始化Child时,发现其父Parent尚未初始化,则先触发父的初始化。 ### 总结 Java加载顺序遵循双亲委派模型,确保核心库的安全。加载过程包括五个阶段,其中初始化阶段在特定条件下触发。理解这些机制对于编写健壮的Java程序至关重要。 §§相关问题§§ 1. 双亲委派模型有什么优缺点? 2. 如何自定义加载器?在什么场景下需要自定义加载器? 3. 加载过程中,准备阶段和初始化阶段对静态变量的处理有什么不同? 4. 什么是加载器的命名空间?不同的加载器加载的同一个是否相等?</think>### Java加载顺序与机制详解 #### 一、核心加载原则 1. **动态加载机制** 在**第一次被使用时**才会加载到JVM,而非程序启动时全部加载。触发条件包括: - 创建的实例(`new`) - 访问的静态成员(静态变量/方法) - 子初始化时父尚未加载 - 反射调用(如`Class.forName()`)[^1] 2. **双亲委派模型** 加载器按层级关系工作: ```mermaid graph TD A[自定义加载器] --> B[应用程序加载器 AppClassLoader] B --> C[扩展加载器 ExtClassLoader] C --> D[启动加载器 Bootstrap] ``` 加载流程: - 子加载器收到请求后**先委托父加载器** - 父加载器无法完成时子加载器才尝试加载[^2] #### 二、加载器层次 | 加载器型 | 加载路径 | 实现语言 | 是否可覆盖 | |---------------------|----------------------------------|----------|------------| | 启动加载器 | `JAVA_HOME/lib`核心库 | C++ | ❌ | | 扩展加载器 | `JAVA_HOME/lib/ext` | Java | ✅ | | 应用程序加载器 | `CLASSPATH`用户路径 | Java | ✅ | | 自定义加载器 | 用户指定路径 | Java | ✅ | #### 三、加载过程分阶段 1. **加载(Loading)** - 通过全限定名获取二进制字节流 - 生成方法区的运行时数据结构 - 创建`java.lang.Class`对象 2. **验证(Verification)** 确保字节码符合JVM规范(文件格式/元数据/字节码/符号引用) 3. **准备(Preparation)** - **为静态变量分配内存** - 设置**初始零值**(如int=0, boolean=false) 4. **解析(Resolution)** 将符号引用转换为直接引用 5. **初始化(Initialization)** - 执行`<clinit>()`方法(静态块和静态变量赋值) - **线程安全**的单例初始化 ```java // 示例:初始化顺序 public class Demo { static int a = 1; // 准备阶段a=0 → 初始化阶段a=1 static { System.out.println("静态块执行"); } } ``` #### 四、关键特性 1. **沙箱安全机制** - 禁止加载包名名相同的核心(如自定义`java.lang.String`) - 防止核心API被篡改[^3] 2. **缓存机制** 已加载的会缓存,后续直接复用 3. **命名空间隔离** 不同加载器加载的相同视为不同 #### 五、典型场景分析 ```java public class Parent { static { System.out.println("Parent初始化"); } } public class Child extends Parent { static { System.out.println("Child初始化"); } public static void main(String[] args) { new Child(); // 输出顺序:Parent初始化 → Child初始化 } } ``` **执行顺序**: 1. 加载`Child`时发现未加载`Parent` 2. 通过双亲委派加载`Parent` 3. 初始化`Parent`的静态块 4. 初始化`Child`的静态块 #### 六、打破双亲委派场景 1. SPI服务加载(如JDBC驱动) 2. 热部署实现(OSGi框架) 3. 模块化加载需求 > 通过理解加载机制,可优化程序启动性能、实现模块化设计,并避免冲突问题。
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