先有Class还是先有Object？

先有Class还是先有Object？

Java的对象模型中：

1. 所有的类都是Class类的实例，Object是类，那么Object也是Class类的一个实例。
2. 所有的类都最终继承自Object类，Class是类，那么Class也继承自Object。

这就像是先有鸡还是先有蛋的问题，请问实际中JVM是怎么处理的？
此外，可能的话，介绍一下其它面向对象语言是怎么处理这个问题的。

 

 

RednaxelaFX，从事JVM研发

 

简短答案：“鸡・蛋”问题通常都是通过一种叫“自举”（bootstrap）的过程来解决的。

首要要引用题主的问题并指出它的问题：

Java的对象模型中：

1. 所有的类都是Class类的实例，Object是类，那么Object也是Class类的一个实例。
2. 所有的类都最终继承自Object类，Class是类，那么Class也继承自Object。

这个问题中，第1个假设是错的：java.lang.Object是一个Java类，但并不是java.lang.Class的一个实例。后者只是一个用于描述Java类与接口的、用于支持反射操作的类型。这点上Java跟其它一些更纯粹的面向对象语言（例如Python和Ruby）不同。
而第2个假设是对的：java.lang.Class是java.lang.Object的派生类，前者继承自后者。

虽然第1个假设不对，但“鸡蛋问题”仍然存在：在一个已经启动完毕、可以使用的Java对象系统里，必须要有一个java.lang.Class实例对应java.lang.Object这个类；而java.lang.Class是java.lang.Object的派生类，按“一般思维”前者应该要在后者完成初始化之后才可以初始化…

事实是：这些相互依赖的核心类型完全可以在“混沌”中一口气都初始化好，然后对象系统的状态才叫做完成了“bootstrap”，后面就可以按照Java对象系统的一般规则去运行。JVM、JavaScript、Python、Ruby等的运行时都有这样的bootstrap过程。

其实“鸡蛋问题”的根本矛盾就在于假定了“鸡”或“蛋”的其中一个要先进入“完全可用”的状态。而许多现实中被简化为“鸡蛋问题”的情况实际可以在“混沌”中把“鸡”和“蛋”都初始化好，而不存在先后问题；在它们初始化的过程中，两者都不处于“完全可用”状态。

在“混沌”（boostrap过程）里，JVM可以为对象系统中最重要的一些核心类型先分配好内存空间，让它们进入[已分配空间]但[尚未完全初始化]状态。此时这些对象虽然已经分配了空间，但因为状态还不完整所以尚不可使用。
然后，通过这些分配好的空间把这些核心类型之间的引用关系串好。到此为止所有动作都由JVM完成，尚未执行任何Java字节码。
然后这些核心类型就进入了[完全初始化]状态，对象系统就可以开始自我运行下去，也就是可以开始执行Java字节码来进一步完成Java系统的初始化了。

在HotSpot VM里，有一个叫做“Universe”的C++类用于记录对象系统的总体状态。它有这么两个有趣的字段记录当前是处于bootstrapping阶段还是已经完全初始化好：
jdk8u/jdk8u/hotspot: ade5be2b1758 src/share/vm/memory/universe.hpp

  static bool is_bootstrapping()                      { return _bootstrapping; }
  static bool is_fully_initialized()                  { return _fully_initialized; }

然后Universe::genesis()函数会在bootstrap阶段中创建核心类型的对象模型：
jdk8u/jdk8u/hotspot: ade5be2b1758 src/share/vm/memory/universe.cpp
（“genesis”是创世纪的意思，多么形象）
其中会调用SystemDictionary::initialize()来初始化对象系统的核心类型：
jdk8u/jdk8u/hotspot: ade5be2b1758 src/share/vm/classfile/systemDictionary.cpp
其中会进一步跑到SystemDictionary::initialize_preloaded_classes()来创建java.lang.Object、java.lang.Class等核心类型：
jdk8u/jdk8u/hotspot: ade5be2b1758 src/share/vm/classfile/systemDictionary.cpp
这个函数在加载了java.lang.Object、java.lang.Class等核心类型后会调用Universe::fixup_mirrors()来完成前面说的“把引用关系串起来”的动作：

  // Fixup mirrors for classes loaded before java.lang.Class.
  // These calls iterate over the objects currently in the perm gen
  // so calling them at this point is matters (not before when there
  // are fewer objects and not later after there are more objects
  // in the perm gen.
  Universe::initialize_basic_type_mirrors(CHECK);
  Universe::fixup_mirrors(CHECK);

jdk8u/jdk8u/hotspot: ade5be2b1758 src/share/vm/memory/universe.cpp

void Universe::fixup_mirrors(TRAPS) {
  // Bootstrap problem: all classes gets a mirror (java.lang.Class instance) assigned eagerly,
  // but we cannot do that for classes created before java.lang.Class is loaded. Here we simply
  // walk over permanent objects created so far (mostly classes) and fixup their mirrors. Note
  // that the number of objects allocated at this point is very small.

  // ...
}

就是这样。