Java类初始化和实例化中的2个“雷区”

 更新时间:2016年02月14日 17:06:24   转载 作者:Zerohuan  
这篇文章主要介绍了Java类初始化和实例化中的2个“雷区”,大家要注意,感兴趣的小伙伴们可以参考一下

在考虑类初始化时,我们都知道进行子类初始化时,如果父类没有初始化要先初始化子类。然而事情并没有一句话这么简单。
首先看看Java中初始化触发的条件:

(1)在使用new实例化对象,访问静态数据和方法时,也就是遇到指令:new,getstatic/putstatic和invokestatic时;
(2)使用反射对类进行调用时;
(3)当初始化一个类时,父类如果没有进行初始化,先触发父类的初始化;
(4)执行入口main方法所在的类;
(5)JDK1.7动态语言支持中方法句柄所在的类,如果没有初始化触发起初始化;

经过编译后生成一个<clinit>方法,类的初始化就在这个方法中进行,该方法只执行,由JVM保证这一点,并进行同步控制;
其中条件(3),从方法调用的角度来看,是子类的<clinit>会在开始时递归的调用父类的<clinit>,这类似与我们在子类构造器中必须首先调用父类的构造器;
但需要注意的是“触发”并不是完成初始化,这意味着有可能子类的初始化会提前于父类初始化结束,这就是“危险”的所在。

1. 一个类初始化的例子:
这个例子我使用一个外围类包含2个有继承关系的静态成员类,因为外围类的初始化和静态成员类没有因果关系,因此这样展示是安全和方便的;
父类A和子类B分别包含main函数,由上面的触发条件(4)可知,通过分别调用这个两个main函数来触发不同的类初始化路径;
这个例子的问题在于父类包含子类的static引用并在定义处进行初始化的问题:

public class WrapperClass { 
  private static class A { 
    static { 
      System.out.println("类A初始化开始..."); 
    } 
    //父类包含子类的static引用 
    private static B b = new B(); 
    protected static int aInt = 9; 
 
    static { 
      System.out.println("类A初始化结束..."); 
    } 
 
    public static void main(String[] args) { 
 
    } 
  } 
 
  private static class B extends A { 
    static { 
      System.out.println("类B初始化开始..."); 
    } 
    //子类的域依赖于父类的域 
    private static int bInt = 9 + A.aInt; 
 
    public B() { 
      //构造器依赖类的static域 
      System.out.println("类B的构造器调用 " + "bInt的值" + bInt); 
    } 
 
    static { 
      System.out.println("类B初始化结束... " + "aInt的值:" + bInt); 
    } 
 
    public static void main(String[] args) { 
 
    } 
  } 
} 

情景一:入口为类B的main函数时输出结果:

/** 
   * 类A初始化开始... 
   * 类B的构造器调用 bInt的值0 
   * 类A初始化结束... 
   * 类B初始化开始... 
   * 类B初始化结束... aInt的值:18 
   */ 

分析:可以看到,main函数的调用触发了类B的初始化,进入类B的<clinit>方法,类A作为其父类先开始初始化进入了A的<clinit>方法,其中有一个语句new B();这时会进行B的实例化,这是已经在类B的<clinit>中了,main线程已经获得锁开始执行类B的<clinit>,我们开头说过JVM会保证一个类的初始化方法只被执行一次,JVM收到new指令后不会再进入类B的<clinit>方法而是直接进行实例化,但是此时类B还没有完成类初始化,所以可以看到bInt的值为0(这个0是类加载中准备阶段分配方法区内存后进行的置零初始化);
因此,可以得出,再父类中包含子类类型的static域并进行赋值动作,会可能导致子类实例化在类初始化完成前进行;

情景二:入口为类A的main函数时输出结果:

/** 
   * 类A初始化开始... 
   * 类B初始化开始... 
   * 类B初始化结束... aInt的值:9 
   * 类B的构造器调用 bInt的值9 
   * 类A初始化结束... 
   */ 

分析:经过情景一的分析,我们知道,由类B的初始化触发类A的初始化,会导致类A中类变量b的实例化在类B初始化完成前进行,那如果先初始化类A是不是就可以在类变量实例化的时候先触发类B的初始化,从而使得初始化在实例化前呢?答案是肯定的,但是这仍然有问题。
根据输出,可以看到,类B的初始化在类A的初始化完成前进行了,这导致了像类变量aInt的变量在类B初始化完成后才进行初始化,所以类B中的域bInt获取到的aInt的值是“0”,而不是我们预期的“18”;

结论:综上,可以得出,在父类中包含子类类型的类变量,并在定义出进行实例化是非常危险的行为,具体情况可能不会向例子一样直白,调用方法在定义处赋值一样隐含着危险,即使要包含子类类型的static域,也应该通过static方法进行赋值,因为JVM可以保证在static方法调用前完成所有的初始化动作(当然这种保证也是你不应该包含static B b = new B();这样的初始化行为);

2. 一个实例化的例子:
首先需要知道对象创建的过程:
(1)遇到new指令,检查类是否完成了加载,验证,准备,解析,初始化(解析过程就是符号引用解析成直接引用,比如方法名就是一个符号引用,可以在初始化完成后使用这个符号引用的时候进行,正是为了支持动态绑定),没有完成先进行这些过程;
(2)分配内存,采用空闲列表或者指针碰撞的方法,并将新分配的内存“置零”,因此所有的实例变量在此环节都进行了一次默认初始化为0(引用为null)的过程;
(3)执行<init>方法,包括检查调用父类的<init>方法(构造器),实例变量定义出的赋值动作,实例化器顺序执行,最后调用构造器中的动作。

这个例子可能更为大家所熟知,也就是它违反了“不要在构造器,clone方法和readObject方法中调用可被覆盖的方法”。其原因就在于Java中的多态,也就是动态绑定。
父类A的构造器中包含一个protected方法,类B是其子类。

public class WrongInstantiation { 
  private static class A { 
    public A() { 
      doSomething(); 
    } 
 
    protected void doSomething() { 
      System.out.println("A's doSomething"); 
    } 
  } 
 
  private static class B extends A { 
    private int bInt = 9; 
 
    @Override 
    protected void doSomething() { 
      System.out.println("B's doSomething, bInt: " + bInt); 
    } 
  } 
 
  public static void main(String[] args) { 
    B b = new B(); 
  } 
} 

输出结果:

/** 
   * B's doSomething, bInt: 0 
   */ 

分析:首先需要知道,在没有显示提供构造器时Java编译器会生成默认构造器,并在开始处调用父类的构造器,因此类B的构造器开始会先调用类A的构造器。
类A中调用了protected方法doSomething,从输出结果中我们看到实际上调用的是子类的方法实现,而此时子类的实例化还未开始,因此bInt并没有如“预期”那样是9,而是0;
这就是由于动态绑定,doSomething是一个protected方法,因此它是通过invokevirtual指令调用的,该指令根据对象实例的类型找到对应的方法实现(这里就是B的实例对象,对应方法就是类B的方法实现)执行,故而有此结果。

结论:正如前面说的“不要在构造器,clone方法和readObject方法中调用可被覆盖的方法”。

以上就是为大家介绍的Java类初始化和实例化中的2个“雷区”,希望对大家的学习有所帮助。

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