类的生命周期

一个类完整的生命周期，会经历五个阶段，分别为：加载、连接、初始化、使用和卸载。其中的连接又分为验证、准备和解析三个步骤。如下图所示：

简单一句话概括，类的加载机制就是：找到需要加载的类并把类的信息加载到jvm的方法区中)，然后在堆区中实例化一个java.lang.Class对象，作为方法区中这个类的信息的入口。结合jvm的内存结构会比较好理解。

加载（Loading）

类的加载方式比较灵活，总结下来有如下几种：

1. 据类的全路径名找到相应的class文件，然后从class文件中读取文件内容（常用）
2. 从jar文件中读取（常用）
3. 从网络中获取：早些年十分流行的Applet。
4. 根据一定的规则实时生成，比如设计模式中的动态代理模式，就是根据相应的类自动生成它的代理类。
5. 从非class文件中获取，其实这与直接从class文件中获取的方式本质

自定义类加载器也是在这个加载阶段工作的，可以自定义读取类的地方，比如：网络、硬盘、数据库等。

连接（Linking）

连接阶段包括3部分：验证、准备、解析

验证

进行类的合法性校验。会对比如字节码格式、变量与方法的合法性、数据类型的有效性、继承与实现的规范性等等进行检查，确保别加载的类能够正常的被jvm所正常运行。
验证阶段会完成以下校验：

1. 文件格式验证

验证字节流是否符合Class文件格式的规范。例如：是否以0xCAFEBABE开头、主次版本号是否在当前虚拟机的处理范围之内、常量池中的常量是否有不被支持的类型 ...... 等等

2. 元数据验证

对字节码描述的元数据信息进行语义分析，要符合Java语言规范。例如：是否继承了不允许被继承的类（例如final修饰过的）、类中的字段、方法是否和父类产生矛盾 ...... 等等

3. 字节码验证

对类的方法体进行校验分析，确保这些方法在运行时是合法的、符合逻辑的。

4. 符号引用验证

发生在解析阶段，符号引用转为直接引用的时候，例如：确保符号引用的全限定名能找到对应的类、符号引用中的类、字段、方法允许被当前类所访问 ...... 等等

验证阶段不是必须的，虽然这个阶段非常重要，但是它对程序运行期没有影响，只影响类加载的时间，也就是说程序的启动耗时。Java虚拟机允许程序员主动取消这个阶段，用来缩短类加载的时间，可以根据自身需求，使用 -Xverify:none参数来关闭大部分的类验证措施。

准备

为类的静态变量分配内存，并设为jvm默认的初值；对于非静态的变量（对象实例化时才分配内存），则不会为它们分配内存。简单说就是分内存、赋初值。注意：设置初始值为jvm默认初值，而不是程序设定。规则如下

• 基本类型（int、long、short、char、byte、float、double）的默认值为0，boolean默认值false
• 引用类型的默认值为null
• 常量的默认值为我们程序中设定的值，对于final修饰的静态变量，final static int a = 100，则准备阶段中a的初值就是100，而不是0。非静态的final常量在初始化阶段赋值，比如：static int a = 5，则在准备阶段初始值就是0而非5。

在JDK8取消永久代后，方法区变成了一个逻辑上的区域，这些类变量的内存实际上是分配在Java堆中的。

解析

这一阶段的任务就是把Class文件中、常量池中的符号引用转换为直接引用。主要解析的是 类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄等符号引用。我们可以把解析阶段中，符号引用转换为直接引用的过程，理解为当前加载的这个类，和它所引用的类，正式进行“连接“的过程。

初始化(Initialization)

类初始化阶段是类加载过程的最后一步。而也是到了该阶段，才真正开始执行类中定义的java程序代码(字节码)，之前的动作都由虚拟机主导。

注意这里一定要注意这是类的初始化，不是对象的初始化哦，对象的初始化也就是创建类实例的时候执行。

jvm对类的加载时机没有明确规范，但对类的初始化时机有：只有当类被直接引用的时候，才会触发类的初始化。类被直接引用的情况有以下几种：

1. 通过以下几种方式：
   • new关键字创建对象
   • 读取或设置类的静态变量（注意：在准备阶段就已经赋值的变量，读取时不会触发初始化）
   • 调用类的静态方法
2. 通过反射方式执行1里面的三种方式；
3. 初始化子类的时候，会触发父类的初始化；
4. 作为程序入口直接运行时（调用main方法）；
5. 接口实现类初始化的时候，会触发直接或间接实现的所有接口的初始化。

关于类的初始化，记住两句话
1、类的初始化，会自上而下运行静态代码块或静态赋值语句，非静态与非赋值的静态语句均不执行（是在类实例化对象的时候执行）。
2、如果存在父类，则父类先进行初始化，是一个典型的递归模型。
区别于对象的初始化（实例化），类的初始化所做的一切都是基于类变量或类语句的（static修饰的），也就是说执行的都是共性的抽象信息。而我们知道，类就是对象实例的抽象。

使用（Using）

类的使用分为直接引用和间接引用。
直接引用与间接引用等判别条件，是看对该类的引用是否会引起类的初始化
直接引用已经在类的初始化中的有过阐述，不再赘述。而类的间接引用，主要有下面几种情况：

1. 当引用了一个类的静态变量，而该静态变量继承自父类的话，不引起初始化
2. 定义一个类的数组，不会引起该类的初始化；
3. 当引用一个类的的常量时，不会引起该类的初始化

卸载（(Unloading）

当类使用完了之后，类就要进入卸载阶段了。可卸载需要具备以下条件：

1. 该类所有的实例都已经被回收，也就是java堆中不存在该类的任何实例。
2. 加载该类的ClassLoader已经被回收。
3. 该类对应的java.lang.Class对象没有任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

如果以上三个条件全部满足，jvm就会在方法区垃圾回收的时候对类进行卸载，类的卸载过程其实就是在方法区中清空类信息，java类的整个生命周期就结束了。

static关键字

static关键字修饰的数据存储在我们的方法区中的静态常量池中，static可以修饰方法、变量和代码块
static修饰方法：指定不需要实例化就可以激活的一个方法。this关键字不能在static方法中使用，静态方法中不能调用非静态方法，非静态方法可以调用静态方法。
static修饰变量：指定变量被所有对象共享，即所有实例都可以使用该变量。变量属于这个类。
static修饰代码块：通常用于初始化静态变量，静态代码块属于类。没加static的代码块认为是构造代码块

执行顺序

• 实例化对象前，先加载类（对象载入之前，一定要是类先被载入）
• 类（或者可以说静态变量和静态代码块）在生命周期结束前，只执行一次
• 静态变量（属性）和静态代码块谁先声明谁先执行（同一个类中）
• 非静态变量（属性）和非静态代码块谁先声明谁先执行（同一个类中）
• 静态构造代码块是和类同时加载的，静态构造代码块是在实例化之后执行构造方法之前执行的，构造方法是在构造代码块执行完之后才执行的。
• 静态方法属于类的，加载完类就可以调用静态方法（可以执行多次，注意区别于静态代码块，静态代码块只会执行一次）；非静态方法是属于对象的，加载完对象就可以调用非静态方法。
• 每创建一个对象，即每载入一个对象，非静态代码块都执行一次。执行类对象的载入之前就会调用

案例一

我们来通过一个例子来验证以下上面的观点

public class InitializeDemo {
    private static int k = 1;
    private static InitializeDemo t1 = new InitializeDemo("t1");
    private static InitializeDemo t2 = new InitializeDemo("t2");
    private static int i = print("i");
    private static int n = 99;

    {
        print("初始化块");
        j = 100;
    }

    public InitializeDemo(String str) {
        System.out.println((k++) + ":" + str + "   i=" + i + "    n=" + n);
        ++i;
        ++n;

    }

    static {
        print("静态块");
        n = 100;
    }

    private int j = print("j");

    public static int print(String str) {
        System.out.println((k++) + ":" + str + "   i=" + i + "    n=" + n);
        ++n;
        return ++i;
    }

    public static void main(String[] args) {
        InitializeDemo test = new InitializeDemo("test");
    }
}

输出结果：

1:初始化块   i=0    n=0
2:j   i=1    n=1
3:t1   i=2    n=2
4:初始化块   i=3    n=3
5:j   i=4    n=4
6:t2   i=5    n=5
7:i   i=6    n=6
8:静态块   i=7    n=99
9:初始化块   i=8    n=100
10:j   i=9    n=101
11:test   i=10    n=102

我们来逐个分析，
一开始调用main方法，main方法内实例化InitializeDemo的对象，在对象载入之前，一定要是类先被载入
所以我们先加载InitializeDemo类，加载类的同时，会加载静态变量和静态代码块，但是是按顺序执行，且只执行一次
先加载如下静态变量

private static int k = 1;

加载如下静态变量的时候，发现要去加载类，由于类已经被加载了，所以会实例化这个对象，这个对象实例化前，会执行非静态代码块和为非静态属性赋值，然后再执行构造方法，按在代码中顺序执行。

private static InitializeDemo t1 = new InitializeDemo("t1");

所以先执行非静态代码块的内容：

{
    print("初始化块");
    j = 100;
}

输出：1:初始化块 i=0 n=0

初始的时候i的值和n的值默认值是0，执行完这个方法后会变成i=1,n=1

接着为非静态属性赋值：

private int j = print("j");

输出：2:j i=1 n=1

输出时i=1,n=1,执行完这个方法后会变成i=2,n=2

然后执行构造方法

public InitializeDemo(String str) {
    System.out.println((k++) + ":" + str + "   i=" + i + "    n=" + n);
    ++i;
    ++n;

}

输出：3:t1 i=2 n=2

输出时i=2,n=2,执行完这个方法后会变成i=3,n=3

t1的实例化执行结束，接着执行t2的实例化

private static InitializeDemo t2 = new InitializeDemo("t2");

结果和上述一致，按非静态代码块和非静态属性然后构造方法方法的顺序执行
输出：
4:初始化块 i=3 n=3
5:j i=4 n=4
6:t2 i=5 n=5
两个静态属性（实例化）执行完，执行如下代码

private static int i = print("i");

输出：7:i i=6 n=6

这里执行完成后，i=7,n=7

接着执行下面的代码，此时n变成了99

private static int n = 99;

注意：执行完这行代码后，n的值就被赋成99了，i的值还是7。

接着执行静态代码块

static {
    print("静态块");
    n = 100;
}

输出：8:静态块 i=7 n=99

输出时i=7,n=99,执行完这个方法后会变成i=8,n=100

到此类加载完毕，可以看到static变量和静态代码块都按顺序执行了，然后开始实例化test对象，参考t1，t2的实例化，按非静态代码块和非静态属性然后构造方法方法的顺序执行，这里就不会再处理static相关的代码了。
输出：
9:初始化块 i=8 n=100
10:j i=9 n=101
11:test i=10 n=102

案例二

继承中的static执行顺序，看以下例子

public class Test3 extends Base {
    static {
        System.out.println("test static");
    }

    public Test3() {
        System.out.println("test constructor");
    }

    public static void main(String[] args) {
        new Test3();
    }
}

class Base {
    static {
        System.out.println("Base static");
    }

    public Base() {
        System.out.println("Base constructor");
    }
}

输出结果：

Base static
test static
Base constructor
test constructor

执行Test3的构造方法，要先加载Test3的类加载，由于Test3继承于Base，所以他要先加载父类Base，静态代码块先执行。
则会先输出：Base static
再输出：test static
再执行子类的构造方法的时候，要先执行父类的构造方法（一般是找默认的构造方法即无参构造方法，除非在子类的构造方法里指定要调用父类的构造方案），如果是多级继承,会先执行最顶级父类的构造方法,然后依次执行各级子类的构造方法。
所以再输出：Base constructor
然后输出：test constructor
结果就如上。

案例三

再举一个例子

public class MyTest {
    MyPerson person = new MyPerson("test");//这里可以理解为成员变量辅助，，要先把MyPerson先加载到jvm中

    static {
        System.out.println("test static");//1
    }

    public MyTest() {
        System.out.println("test constructor");//5
    }

    public static void main(String[] args) {//main方法在MyTest类中，使用mian方法先加载MyTest的静态方法，不调用其他，
        MyClass myClass = new MyClass();//对象创建的时候，会加载对应的成员变量
    }
}

class MyPerson {
    static {
        System.out.println("person static");//3
    }

    public MyPerson(String str) {
        System.out.println("person " + str);//4  6
    }
}

class MyClass extends MyTest {
    MyPerson person = new MyPerson("class");//这里可以理解为成员变量辅助，要先把MyPerson先加载到jvm中

    static {
        System.out.println("class static");//2
    }

    public MyClass() {
        //默认super()
        System.out.println("class constructor");//7
    }
}

输出：

test static
class static
person static
person test
test constructor
person class
class constructor

下面分析执行步骤：

1. 先看MyTest类及其静态的变量，方法和代码块会随类的加载而开辟空间，有一个静态代码块，先执行，所以输出：test static，且此时MyTest类的其他语句不执行，此时MyTest类加载完成。
2. 接着看main方法中调用了MyClass myClass =new MyClass()，实例化了一个MyClass类的对象，这时会先加载MyClass类，而MyClass类继承于MyTest类，在加载MyClass类前，会先加载MyTest类，但是MyTest类以及其静态的变量和静态代码块已经加载（在类的生命周期只执行一次），所以返回到子类（MyClass类）的加载，这时候会调用MyClass类的静态的变量和静态代码块。所以输出：class static。
3. MyClass类加载完后，在执行MyClass类的构造方法前，先初始化对象的成员变量(先初始化父类MyTest的成员变量)，所以执行父类MyTest（类已加载过，这里就直接执行成员变量的初始化）的成员变量：MyPerson person = new MyPerson(“test”)，于是会加载MyPerson类和其静态的变量和静态代码块。则先输出：person static
4. 加载完MyPerson类和其静态的变量和静态代码块后，回到MyClass类开始执行非静态代码块和属性，由于MyClass继承了MyTest，所以会先初始化MyTest，初始化MyTest类的属性：MyPerson person = new MyPerson("test");会调用MyPerson类的有参构造方法，即输出：person test
5. MyTest类的非静态属性和非静态的代码块执行完成后，然后接着执行父类构造方法，即输出：test constructor
6. 父类MyTest构造方法执行结束，回到子类MyClass，子类再调用构造方法前，先初始化对象的成员变量MyPerson person = new MyPerson(“class”);，这时候会先先加载MyPerson 和其静态的变量和静态代码块，由于上述类已经加载，而且MyPerson没有非静态属性及非静态代码块，所以直接执行其有参构造方法，即输出：person class
7. MyClass再无其他非静态属性及非静态代码块，执行无参构造方法，即输出：class constructor
8. MyClass实例化完成，回到MyTest类，无后续代码，至此程序执行完成。

总结

使用一个类创建对象的时候，一般都是先加载类，完成类的初始化（静态变量的赋值和静态代码块的执行，按代码中的先后顺序，整个生命周期中只会执行一次），然后实例化对象，实例化对象时不再处理静态变量和静态代码块，会处理非静态属性和非静态代码块，也是按照代码中的先后顺序执行，最后才调用构造方法。如有继承关系，则按照此规则先执行父类后执行子类。
类加载顺序的三个原则是

• 1、父类优先于子类
• 2、属性和代码块（看先后顺序）优先于构造方法
• 3、静态优先于非静态

整个程序执行顺序：
父类静态变量、父类静态语句块（按代码中的先后顺序执行）--> 子类静态变量、子类静态语句块（按代码中的先后顺序执行）--> 父类非静态变量、父类非静态语句块（按代码中的先后顺序执行）--> 父类构造器 --> 子类非静态变量、子类非静态语句块（按代码中的先后顺序执行）--> 子类构造器 --> 完成
来一张图更直观些。

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