静态数据是如何初始化的？

Question

对于“何时”有很多很好的答案，比如在这个线程中——静态类初始化何时发生？现在我的问题是“如何”。这是斯蒂芬C.的回答中的一段话

类静态初始化通常在第一次发生以下事件之前立即发生：

• 将创建该类的一个实例，
• 调用该类的静态方法，
• 已分配类的静态字段，
• 使用非恒定静态场，或
• 对于顶级类，执行词汇嵌套在类中的assert语句

那么它是如何在内部完成的呢？每个可能触发初始化的指令都用if包装？任何工作的细节：-）我都可以执行。

我用“Java”来标记这个问题，但如果我没有弄错的话，C#和Swift也会根据需要初始化静态数据。

Answer 1

对于静态常量（最终）字段，. class文件直接定义常量值，因此JVM可以在类加载时分配它。

对于非常量静态字段，编译器将合并任何初始化器和自定义静态初始化器块，以生成单个静态初始化器代码块，JVM可以在类加载时执行该代码块。

例子：

public final class Test {
    public static double x = Math.random();
    static {
        x *= 2;
    }
    public static final double y = myInit();
    public static final double z = 3.14;
    private static double myInit() {
        return Math.random();
    }
}

字段z是一个常量，而x和y是运行时值，将与静态初始值设定项块合并（x*=2）。

如果使用javap-c-p-constants测试反汇编字节码。类，您将获得以下内容。我添加了空行来分隔静态初始值设定项块的合并部分（static{}）。

Compiled from "Test.java"
public final class test.Test {
  public static double x;

  public static final double y;

  public static final double z = 3.14d;

  static {};
    Code:
       0: invokestatic  #15                 // Method java/lang/Math.random:()D
       3: putstatic     #21                 // Field x:D

       6: getstatic     #21                 // Field x:D
       9: ldc2_w        #23                 // double 2.0d
      12: dmul
      13: putstatic     #21                 // Field x:D

      16: invokestatic  #25                 // Method myInit:()D
      19: putstatic     #28                 // Field y:D

      22: return

  public test.Test();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #33                 // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  private static double myInit();
    Code:
       0: invokestatic  #15                 // Method java/lang/Math.random:()D
       3: dreturn
}

请注意，这还表明默认构造函数是由编译器创建的，并且构造函数调用超类（对象）默认构造函数。

使现代化

如果您将-v（详细）参数添加到javap，您将看到常量池，其中存储了定义上面列出的引用的值，例如，对于Math.random（）调用，列出了以上为#15，相关常量为：

#15 = Methodref          #16.#18        // java/lang/Math.random:()D
#16 = Class              #17            // java/lang/Math
#17 = Utf8               java/lang/Math
#18 = NameAndType        #19:#20        // random:()D
#19 = Utf8               random
#20 = Utf8               ()D

如您所见，Math类有一个类常量（#16），它被定义为字符串“java/lang/Math”。

第一次使用引用#16（这发生在执行invokestatic#15时），JVM将把它解析为一个实际的类。如果该类已经加载，它将只使用加载的类。

如果类尚未加载，则调用ClassLoader加载类（loadClass（）），然后调用defineClass（）方法，将字节码作为参数。在此加载过程中，通过自动分配常量值并执行先前标识的静态初始值设定项代码块，初始化该类。

正是JVM执行的这个类引用解析过程触发了静态字段的初始化。这本质上就是发生的事情，但这个过程的确切机制是JVM实现特有的，例如通过JIT（对机器代码的即时编译）。

Answer 2

正如在评论中提到的，这类事情可以通过segfaults来完成，但是对于Java来说，这并不是真正必要的。

请记住，Java字节码不是由机器直接执行的——在JIT编译成真正的机器指令之前，它被解释和分析以确定何时编译它，这已经涉及到为每个字节码执行大量的机器指令字节码指令。在这段时间内检查静态初始化的所有条件是没有问题的。

字节码也可以编译成带有检查的机器码，在第一次执行检查后重写或修补。这种事情的发生还有很多其他原因，比如自动内联和转义分析，所以像这样做静态初始化检查并没有什么大问题。

简而言之，有很多html" target="_blank">方法，但关键点是，当你运行一个Java程序时，除了你实际编写的代码之外，还有很多事情在进行。