Java的类/实例初始化过程

昨天看到群里面有人分享了一道题目,我答错了,于是趁机了解了下Java的类/对象初始化过程:

程序的输出见文章最后

程序A主要考察的是类实例初始化。简单验证了下,类实例初始化过程如下:

  • 父类实例初始化
  • 构造块/变量初始化(按照文本顺序执行)
  • 构造函数

程序B考察的则是类初始化。类初始化的过程如下:

  • 父类初始化
  • static变量初始化/static块(按照文本顺序执行)

但是我们必须做到面向接口编程,而不是面向实现编程(Program to an ‘interface’, not an ‘implementation’)

于是就得看看Java Language Specification了。其中类初始化过程如下:

  1. 每个类都有一个初始化锁LC,进程获取LC(如果没有获取到,就一直等待)
  2. 如果C正在被其他线程初始化,释放LC并等待C初始化完成
  3. 如果C正在被本线程初始化,即递归初始化,释放LC
  4. 如果C已经被初始化了,释放LC
  5. 如果C处于erroneous状态,释放LC并抛出异常NoClassDefFoundError
  6. 否则,将C标记为正在被本线程初始化,释放LC;然后,初始化那些final且为基础类型的类成员变量
  7. 初始化C的父类SC和各个接口SI_n(按照implements子句中的顺序来) ;如果SC或SIn初始化过程中抛出异常,则获取LC,将C标记为erroneous,并通知所有线程,然后释放LC,然后再抛出同样的异常。
  8. 从classloader处获取assertion是否被打开
  9. 接下来,按照文本顺序执行类变量初始化和静态代码块,或接口的字段初始化,把它们当作是一个个单独的代码块。
  10. 如果执行正常,获取LC,标记C为已初始化,并通知所有线程,然后释放LC
  11. 否则,如果抛出了异常E。若E不是Error,则以E为参数创建新的异常ExceptionInInitializerError作为E。如果因为OutOfMemoryError导致无法创建ExceptionInInitializerError,则将OutOfMemoryError作为E。
  12. 获取LC,将C标记为erroneous,通知所有等待的线程,释放LC,并抛出异常E。

可以看到JLS确实规定了父类先初始化(7)、static块和类变量赋值按照文本顺序来(9)。

然后看看类实例的初始化

  1. 开始调用构造函数(给参数赋值)
  2. 如果这个构造函数在开始就调用了其他构造函数,那么调用新的构造函数,并按照本规则处理。如果执行过程中抛出异常,则整个过程也抛出同样的异常。如果正常,继续。
  3. 如果构造函数没有在开始就调用其他构造函数。如果本类不是Object,那么构造函数会隐式或者显式的调用父类的构造方法。父类构造方法也依本规则处理。如果执行过程中抛出异常,则整个过程也抛出同样的异常。如果正常,继续。
  4. 执行实例初始化和实例变量初始化。顺序按照文本顺序来处理——从左到右、从上到下。如果执行过程中抛出异常,则整个过程也抛出同样的异常。如果正常,继续。
  5. 执行剩下的构造函数。如果执行过程中抛出异常,则整个过程也抛出同样的异常。

JLS特意提到,如果子类覆盖了父类的方法,则在构造函数中,调用的方法也是子类的

接下来一个一个看代码:

// 程序A
// 父类
class Parent {
    int i = 1;
    Parent() {
        System.out.println(i);
        int x = getValue();
        System.out.println(x);
    }
    {i = 2;}
    protected int getValue() {return i;}
}
// 子类
class Son extends Parent {
    int j = 1;
    Son() {j = 2;}
    protected int getValue() {return j;}
}
class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Son son = new Son();
        System.out.println(son.getValue());
    }
}
  1. 21行,开始调用Son的构造函数
  2. 16行,Son的构造函数开始之前,初始化Parent
  3. 4行,开始执行i的变量初始化
  4. 10行,开始执行构造代码块
  5. 6-8行,开始执行Parent的构造函数。注意,调用的getValue方法是子类的,而此时Son.j还没有被构造函数、变量赋值语句初始化,此时Son.j是0。(输出2,0)
  6. 回到16行,继续执行Son的构造函数
  7. 22行,打印此时Son.j的值。(输出2)

所以,程序A的输出是:

2
0
2

接下来看程序B:

// 程序B
public class MagimaTest {
    public static void main(String[] args) {
        magimaFunction();
    }
    static MagimaTest st = new MagimaTest();
    static {
        System.out.println("1");
    }
    {
        System.out.println("2");
    }
    MagimaTest() {
        System.out.println("3");
        System.out.println("a=" + a + ",b=" + b);
    }
    public static void magimaFunction() {
        System.out.println("4");
    }
    int a = 110;
    static int b = 112;
}
  1. 3行,在执行main之前,需要初始化MagimaTest类。
  2. 6行,初始化st成员变量,开始初始化st实例。
  3. 13开始调用构造函数,但是开始前,需要处理成员变量初始化
  4. 10行,执行构造代码块(输出2)
  5. 20行,初始化a变量
  6. 14行,继续执行构造函数。此时a为110,b尚未初始化,所以是0(输出3,a=110,b=0)
  7. 7行,st成员变量初始化结束,执行下一个static代码块(输出1)
  8. 21行,继续初始化下一个static成员变量b
  9. 4行,调用magimaFunction(输出4)

所以输出是:

2
3
a=110,b=0
1
4

好了,看完了解析。那么我再出一个题目吧:如果将程序B中的MagimaTest.b改为final的,输出会变化吗?

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