【深入理解JVM】：Java類繼承關係中的初始化順序
Java類初始化的順序經常讓人犯迷糊，現在本文嘗試著從JVM的角度，對Java非繼承和繼承關係中類的初始化順序進行試驗，嘗試給出JVM角度的解釋。
非繼承關係中的初始化順序
對於非繼承關係，主類InitialOrderWithoutExtend中包含了靜態成員變數（類變數）SampleClass 類的一個例項，普通成員變數SampleClass 類的2個例項（在程式中的順序不一樣）以及一個靜態程式碼塊，其中靜態程式碼塊中如果靜態成員變數sam不為空，則改變sam的引用。main()方法中建立了2個主類物件，列印2個主類物件的靜態成員sam的屬性s。
程式碼1：
package com.j2se;
public 輸出結果：
靜態成員sam初始化
static塊執行
靜態塊內初始化sam成員變數
第1個主類物件：
普通成員sam1初始化
普通成員sam2初始化
InitialOrderWithoutExtend預設建構函式被呼叫
第2個主類物件：
普通成員sam1初始化
普通成員sam2初始化
InitialOrderWithoutExtend預設建構函式被呼叫
2個主類物件的靜態物件：
第1個主類物件, 靜態成員sam.s: 靜態塊內初始化sam成員變數
第2個主類物件, 靜態成員sam.s: 靜態塊內初始化sam成員變數由輸出結果可知，執行順序為：
- static靜態程式碼塊和靜態成員
- 普通成員
- 建構函式執行
當具有多個靜態成員和靜態程式碼塊或者多個普通成員時，初始化順序和成員在程式中申明的順序一致。
注意到在該程式的靜態程式碼塊中，修改了靜態成員sam的引用。main()方法中建立了2個主類物件，但是由輸出結果可知，靜態成員和靜態程式碼塊只進行了一次初始化，並且新建的2個主類物件的靜態成員sam.s是相同的。由此可知，類的靜態成員和靜態程式碼塊在類載入中是最先進行初始化的，並且只進行一次。該類的多個例項共享靜態成員，靜態成員的引用指向程式最後所賦予的引用。
繼承關係中的初始化順序
此處使用了3個類來驗證繼承關係中的初始化順序：Father父類、Son子類和Sample類。父類和子類中各自包含了非靜態程式碼區、靜態程式碼區、靜態成員、普通成員。執行時的主類為InitialOrderWithExtend類，main()方法中建立了一個子類的物件，並且使用Father物件指向Son類例項的引用（父類物件指向子類引用，多型）。
程式碼2：
package com.j2se;
public class InitialOrderWithExtend {
public static void main(String[] args) {
Father ts = new Son();
}
}
class Father {
{
System.out.println("父類 非靜態塊 1 執行");
}
static {
System.out.println("父類 static塊 1 執行");
}
static Sample staticSam1 = new Sample("父類 靜態成員 staticSam1 初始化");
Sample sam1 = new Sample("父類 普通成員 sam1 初始化");
static Sample staticSam2 = new Sample("父類 靜態成員 staticSam2 初始化");
static {
System.out.println("父類 static塊 2 執行");
}
Father() {
System.out.println("父類 預設建構函式被呼叫");
}
Sample sam2 = new Sample("父類 普通成員 sam2 初始化");
{
System.out.println("父類 非靜態塊 2 執行");
}
}
class Son extends Father {
{
System.out.println("子類 非靜態塊 1 執行");
}
static Sample staticSamSub1 = new Sample("子類 靜態成員 staticSamSub1 初始化");
Son() {
System.out.println("子類 預設建構函式被呼叫");
}
Sample sam1 = new Sample("子類 普通成員 sam1 初始化");
static Sample staticSamSub2 = new Sample("子類 靜態成員 staticSamSub2 初始化");
static {
System.out.println("子類 static塊1 執行");
}
Sample sam2 = new Sample("子類 普通成員 sam2 初始化");
{
System.out.println("子類 非靜態塊 2 執行");
}
static {
System.out.println("子類 static塊2 執行");
}
}
class Sample {
Sample(String s) {
System.out.println(s);
}
Sample() {
System.out.println("Sample預設建構函式被呼叫");
}
}執行結果：
父類 static塊 1 執行
父類 靜態成員 staticSam1 初始化
父類 靜態成員 staticSam2 初始化
父類 static塊 2 執行
子類 靜態成員 staticSamSub1 初始化
子類 靜態成員 staticSamSub2 初始化
子類 static塊1 執行
子類 static塊2 執行
父類 非靜態塊 1 執行
父類 普通成員 sam1 初始化
父類 普通成員 sam2 初始化
父類 非靜態塊 2 執行
父類 預設建構函式被呼叫
子類 非靜態塊 1 執行
子類 普通成員 sam1 初始化
子類 普通成員 sam2 初始化
子類 非靜態塊 2 執行
子類 預設建構函式被呼叫由輸出結果可知，執行的順序為：
- 父類靜態程式碼區和父類靜態成員
- 子類靜態程式碼區和子類靜態成員
- 父類非靜態程式碼區和普通成員
- 父類建構函式
- 子類非靜態程式碼區和普通成員
- 子類建構函式
與非繼承關係中的初始化順序一致的地方在於，靜態程式碼區和父類靜態成員、非靜態程式碼區和普通成員是同一級別的，當存在多個這樣的程式碼塊或者成員時，初始化的順序和它們在程式中申明的順序一致；此外，靜態程式碼區和靜態成員也是僅僅初始化一次，但是在初始化過程中，可以修改靜態成員的引用。
初始化順序圖示
非繼承關係
繼承關係
類初始化順序的JVM解釋
類初始化順序受到JVM類載入機制的控制，類載入機制包括載入、驗證、準備、解析、初始化等步驟。不管是在繼承還是非繼承關係中，類的初始化順序主要受到JVM類載入時機、解析和clinit()初始化規則的影響。
載入時機
載入是類載入機制的第一個階段，只有在5種主動引用的情況下，才會觸發類的載入，而在其他被動引用的情況下並不會觸發類的載入。關於類載入時機和5中主動引用和被動引用詳見【深入理解JVM】：類載入機制。其中3種主動引用的形式為：
- 程式啟動需要觸發main方法的時候，虛擬機器會先觸發這個類的初始化
- 使用new關鍵字例項化物件、讀取或設定一個類的靜態欄位（被final修飾、JIT時放入常量池的靜態欄位除外）、呼叫一個類的靜態方法，會觸發初始化
- 當初始化一個類的時候，如果其父類沒有初始化，則需要先觸發其父類的初始化
程式碼1中觸發main()方法前，需要觸發主類InitialOrderWithoutExtend的初始化，主類初始化觸發後，對靜態程式碼區和靜態成員進行初始化後，列印”第1個主類物件：”，之後遇到newInitialOrderWithoutExtend ts = new InitialOrderWithoutExtend();，再進行其他普通變數的初始化。
程式碼2是繼承關係，在子類初始化前，必須先觸發父類的初始化。
類解析在繼承關係中的自下而上遞迴
類載入機制的解析階段將常量池中的符號引用替換為直接引用，主要針對的是類或者介面、欄位、類方法、方法型別、方法控制代碼和呼叫點限定符7類符號引用。關於類的解析過程詳見【深入理解JVM】：類載入機制。
而在欄位解析、類方法解析、方法型別解析中，均遵循繼承關係中自下而上遞迴搜尋解析的規則，由於遞迴的特性（即資料結構中棧的“後進先出”），初始化的過程則是由上而下、從父類到子類的初始化順序。
初始化clinit()方法
初始化階段是執行類構造器方法clinit() 的過程。clinit() 是編譯器自動收集類中所有類變數（靜態變數）的賦值動作和靜態語句塊合併生成的。編譯器收集的順序是由語句在原始檔中出現的順序決定的。JVM會保證在子類的clinit() 方法執行之前，父類的clinit() 方法已經執行完畢。
因此所有的初始化過程中clinit()方法，保證了靜態變數和靜態語句塊總是最先初始化的，並且一定是先執行父類clinit()，在執行子類的clinit()。
程式碼順序與物件記憶體佈局
在前面的分析中我們看到，類的初始化具有相對固定的順序：靜態程式碼區和靜態變數先於非靜態程式碼區和普通成員，先於建構函式。在相同級別的初始化過程中，初始化順序與變數定義在程式的中順序是一致的。
在HotSpot虛擬機器中，物件在記憶體中儲存的佈局可以分為3塊區域：物件頭(Header)、例項資料(Instance Data)和對齊填充(Padding)。而例項資料是物件真正儲存的有效資訊，也是程式程式碼中所定義的各種型別的欄位內容。
無論是從父類繼承還是子類定義的，都需要記錄下來，這部分的儲存順序JVM引數和欄位在程式原始碼中定義順序的影響。HotSpot虛擬機器預設的分配策略為longs/doubles、ints、shorts/chars、bytes/booleans、oop，從分配策略中可以看出，相同寬度的欄位總是分配到一起。滿足這個條件的前提下，父類中定義的變數會出現在子類之前。不過，如果啟用了JVM引數CompactFields（預設為true，啟用），那麼子類中較窄的變數也可能會插入到父類變數的空隙中。