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类加载

类加载将 Class 字节流转换为 JVM 可以使用的运行时类型。本文先介绍加载、验证、准备和解析各自做什么，再说明初始化的触发条件。重点是区分静态字段的零值与源码赋值，以及主动使用和被动引用。

1. 面试核心

先记住这几条，再读正文

加载阶段。 类加载包含加载、链接和初始化，链接又分为验证、准备和解析。卡 · 加载
准备与初始化。 准备阶段为静态字段建立存储并设置零值，初始化阶段按源码顺序执行普通静态赋值和静态代码块。
主动使用。 读取非常量静态字段会初始化实际声明该字段的类型。卡 · 初始化
父类型初始化。 JVM 初始化类之前，会先初始化父类，以及声明默认方法的直接或间接父接口。卡 · 父类与默认方法接口
编译期常量。 编译期常量可内联到调用方，读取时无需初始化声明类。卡 · 编译期常量与内联

2. 加载

常考卡 · 类加载包含哪些阶段，每个阶段做什么

加载解决的是“怎样从字节流得到运行时类型”。对于普通类和接口，这个阶段完成三个动作：

根据二进制名称查找字节流，例如 com.example.Order。
根据字节流创建 JVM 内部的类或接口表示。
提供对应的 Class<?> 对象，让 Java 代码可以访问类型信息。

字节流可以来自文件、模块、网络、数据库或运行时生成器。JVM 约束字节流的内容和加载结果，因此来源不限于磁盘上的 .class 文件。

运行时类型由二进制名称和定义加载器共同确定，具体见双亲委派模型。

3. 验证

验证用于检查类定义和字节码是否满足 JVM 约束，避免执行不合法的指令。理解这一阶段时，需要区分格式检查、字节码验证与访问检查：

读取字节流时，JVM 检查魔数、版本、常量池和属性格式。魔数是文件开头用于识别 Class 格式的固定标记。格式不合法会产生 ClassFormatError，版本不支持会产生 UnsupportedClassVersionError。
验证阶段检查类、字段和方法声明是否符合约束。它还检查指令边界，以及操作数栈和局部变量的类型是否匹配。字节码验证失败会产生 VerifyError。
解析阶段检查符号引用的目标及其访问权限。比如，调用方能否访问目标方法，要在解析该方法引用时判断。

这些错误都属于 LinkageError。具体异常说明了失败的位置，排查时应保留原始错误类型。

4. 准备

常考卡 · static final 字段都不会触发初始化吗？

准备阶段先为静态字段建立存储，并设置类型对应的零值。此时还未执行源码中的普通赋值表达式：

static int retries = 3;
static Object cache = new Object();

准备完成后，retries 是 0，cache 是 null。到了初始化阶段，JVM 才把前者设为 3，并执行 new Object() 给后者赋值。

编译期常量的值可以直接记录在 Class 文件中，例如：

static final int MAX_RETRIES = 3;

编译器可用 ConstantValue 属性保存这个常量值。JVM 在初始化阶段读取该属性并赋值，随后才调用类初始化方法 <clinit>。调用方还可以把常量值直接写入自己的字节码，这称为内联。

4.1 编译期常量与内联

判断读取字段是否触发初始化，要看它是否属于常量变量。常量变量使用 final 声明，类型为基本类型或 String，初值是编译期可计算的常量表达式。下面把常见情况放在一起比较：

static final int LIMIT = 3;           // 编译期常量。
static final String LABEL = "v" + 1; // 编译期常量。
static final Integer BOXED = 3;      // 包装类型，不是常量变量。
static final int SIZE = loadSize();  // 方法调用，不是常量表达式。

读取 LIMIT 或 LABEL 时，调用方直接使用内联值，所以无需初始化声明类。BOXED 使用包装类型，SIZE 通过方法调用赋值，两者都需要初始化声明类。

内联也会影响升级：只替换常量所在的 JAR，旧调用方仍会使用旧值。要更新这部分值，需要重新编译调用方。

5. 解析

解析把字节码中的符号引用连接到实际的运行时目标。符号引用用名称和描述符表示目标，描述符记录字段类型或方法的参数、返回类型。JVM 据此查找类、字段和方法，再检查目标是否存在、签名是否匹配、访问是否合法。

解析可以延后到相应指令第一次使用符号引用时。也就是说，初始化之前必须完成验证和准备，部分引用则可以在初始化之后才解析。

编译时与运行时的依赖版本不一致，会导致目标缺失或成员形态不兼容。常见错误包括 NoSuchMethodError、NoSuchFieldError 和 IncompatibleClassChangeError。访问权限不合法则会产生 IllegalAccessError。

这些错误的定位方法见类加载故障。

6. 初始化

常考卡 · 类加载包含哪些阶段，每个阶段做什么卡 · 类初始化在什么情况下触发卡 · 初始化实现类时，哪些接口会先初始化？

初始化负责执行类的静态初始化代码。编译器把需要执行的静态赋值和静态代码块按源码顺序放入 <clinit>，例如：

static final Map<String, String> CONFIG = loadConfig();

static {
    registerMetrics();
}

本例初始化时先调用 loadConfig()，再调用 registerMetrics()。JVM 在首次主动使用时执行初始化，常见的触发操作包括：

用 new 创建类的实例。
调用类声明的静态方法。
读取或写入类声明的非常量静态字段。
执行要求初始化的反射调用，或首次调用特定 MethodHandle。MethodHandle 是可直接调用的字段或方法句柄。
启动程序时，初始化包含入口方法的类。

访问静态字段时，JVM 只初始化实际声明它的类或接口。因此，通过子类名称读取父类静态字段，也只会因此初始化父类。引用 SomeType.class、创建该类型的引用数组、读取内联常量属于被动引用。它们无需初始化对应类型。

同一个运行时类型的初始化由 JVM 同步协调，成功完成后只执行一次。并发首次访问的等待机制见类加载故障。

6.1 父类与默认方法接口

类的初始化还会触发部分父类型的初始化。JVM 先初始化父类，再初始化声明默认方法的相关父接口。默认方法是接口中带方法体的实例方法，这里的父接口也包括间接继承的接口。

初始化接口本身时，只处理该接口，父接口无需随之全部初始化。下面用一个默认方法接口说明它与类初始化的关系：

interface Defaults {
    int VALUE = init();
    static int init() {
        System.out.println("Defaults");
        return 1;
    }
    default void run() {}
}

class Child implements Defaults {
    static { System.out.println("Child"); }
}

class InitializationDemo {
    public static void main(String[] args) {
        new Child(); // 依次输出 Defaults、Child。
    }
}