类加载时机

JVM类加载时机由主动引用触发初始化（如实例化对象、访问静态变量或反射），而被动引用（如常量、数组定义等）不会触发，实现按需延迟加载以优化资源使用。

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一、类加载的触发条件

类的加载（Loading）和初始化（Initialization）是两个不同的阶段，加载可以在程序运行中提前完成（如预加载），但初始化必须严格满足主动引用条件。

1. 主动引用（触发初始化）

以下场景会触发类的 初始化阶段（即执行<clinit>()方法）：

• 场景 1：通过 new 实例化对象

  new MyClass();  // 触发MyClass的初始化
  

• 场景 2：访问或修改类的静态变量（非常量）

  class MyClass {
      static int value = 1; // 非常量静态字段
  }
  int x = MyClass.value;    // 触发初始化
  MyClass.value = 2;        // 触发初始化
  

• 场景 3：调用类的静态方法

  class MyClass {
      static void method() {}
  }
  MyClass.method();  // 触发初始化
  

• 场景 4：反射调用（Class.forName()）

  Class.forName("com.example.MyClass");  // 触发初始化（默认）
  // 若需仅加载不初始化，可指定initialize=false参数：
  Class.forName("com.example.MyClass", false, loader);
  

• 场景 5：初始化子类时，若父类未初始化

  class Parent {}
  class Child extends Parent {}
  new Child();  // 先触发Parent初始化，再Child初始化
  

• 场景 6：JVM 启动时标记的主类（包含 main() 方法的类）

  public class MainClass {
      public static void main(String[] args) {} // 主类会直接初始化
  }
  

• 场景 7：动态语言支持（如 MethodHandle 解析后的调用） JDK 7+ 的 MethodHandle 在解析后的调用可能触发初始化。

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2. 被动引用（不触发初始化）

以下场景 不会触发类的初始化：

• 场景 1：通过子类引用父类的静态字段

  class Parent {
      static int value = 1;
  }
  class Child extends Parent {}
  int x = Child.value;  // 仅触发Parent初始化，Child不初始化
  

• 场景 2：定义类的数组

  MyClass[] arr = new MyClass[10];  // 不触发MyClass初始化
  

• 场景 3：访问编译期常量（final static 字段）

  class MyClass {
      final static int CONST = 123;  // 常量在编译期直接替换到调用处
  }
  int x = MyClass.CONST;  // 不触发初始化
  

• 场景 4：通过类名获取 Class 对象

  Class<MyClass> clazz = MyClass.class;  // 不触发初始化
  

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二、接口的初始化

接口的初始化规则与类类似，但有以下区别：

• 触发条件：首次使用接口的静态字段（即使字段是常量）。
• 接口没有 <clinit>() 方法，除非接口中定义了静态字段赋值或静态代码块。

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三、类加载的延迟性

JVM 的类加载是 按需延迟加载 的：

0. 加载时机：类在首次被主动引用时才会加载。
1. 验证阶段：部分验证可能在初始化阶段后才完成（如符号引用解析）。

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四、实际应用中的触发场景

1. 框架中的类加载

• Spring 的 Bean 加载：默认单例 Bean 在容器启动时初始化（触发类加载）。
• 动态代理：通过 Proxy.newProxyInstance() 生成的代理类在首次调用时加载。

2. 延迟初始化（Lazy Initialization）

通过静态内部类实现单例模式的延迟加载：

class Singleton {
    private static class Holder {
        static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); // 调用时触发初始化
    }
    public static Singleton getInstance() {
        return Holder.INSTANCE; // 首次调用时才加载Holder类
    }
}

3. JNI 本地方法

通过 JNI 调用本地方法（Native Method）时，不会触发类的初始化，除非本地方法中显式调用了 Java 方法。

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五、观察类加载过程

可以通过 JVM 参数 -verbose:class 或 -XX:+TraceClassLoading 打印类加载日志：

java -verbose:class MyApp

输出示例：

[Loaded com.example.MyClass from file:/path/to/classes/]
[Initialized com.example.MyClass]

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六、总结

• 主动引用：明确触发初始化（如 new、反射、静态字段访问）。
• 被动引用：不触发初始化（如常量、数组定义、子类引用父类字段）。
• 接口初始化：与类类似，但无 <clinit>() 方法。
• 延迟加载：JVM 按需加载，避免资源浪费。

理解类加载时机有助于优化启动性能、解决类冲突（如 NoClassDefFoundError）和设计高效的单例模式。