不可逆的类初始化过程

类的加载过程说复杂很复杂，说简单也简单，说复杂是因为细节很多，比如说今天要说的这个，可能很多人都不了解；说简单，大致都知道类加载有这么几个阶段，loaded->linked->initialized，为了让大家能更轻松地知道我今天说的这个话题，我不详细说类加载的整个过程，改天有时间有精力了我将整个类加载的过程和大家好好说说（PS：我对类加载过程慢慢清晰起来得益于当初在支付宝做cloudengine容器开发的时候，当时引入了标准的osgi，解决类加载的问题几乎是每天的家常便饭，相信大家如果还在使用OSGI，那估计能体会我当时的那种痛，哈哈）。

本文我想说的是最后一个阶段，类的初始化，但是也不细说其中的过程，只围绕我们今天要说的展开。

我们定义一个类的时候，可能有静态变量，可能有静态代码块，这些逻辑编译之后会封装到一个叫做clinit的方法里，比如下面的代码：

class BadClass{
    private static int a=100;
    static{
        System.out.println("before init");
        int b=3/0;
        System.out.println("after init");
    }

    public static void doSomething(){
        System.out.println("do somthing");
    }
}

编译之后我们通过javap -verbose BadClass可以看到如下字节码：

{
  BadClass();
    flags:
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 1: 0

  public static void doSomething();
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=0, args_size=0
         0: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
         3: ldc           #3                  // String do somthing
         5: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
         8: return
      LineNumberTable:
        line 10: 0
        line 11: 8

  static {};
    flags: ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=0
         0: bipush        100
         2: putstatic     #5                  // Field a:I
         5: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
         8: ldc           #6                  // String before init
        10: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
        13: iconst_3
        14: iconst_0
        15: idiv
        16: istore_0
        17: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        20: ldc           #7                  // String after init
        22: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
        25: return
      LineNumberTable:
        line 2: 0
        line 4: 5
        line 5: 13
        line 6: 17
        line 7: 25
}

我们看到最后那个方法static{}，其实就是我上面说的clinit方法，我们看到静态字段的初始化和静态代码库都封装在这个方法里。

假如我们通过如下代码来测试上面的类：

public static void main(String args[]){
        try{
            BadClass.doSomething();
        }catch (Throwable e){
            e.printStackTrace();
        }

        BadClass.doSomething();
    }

大家觉得输出会是什么？是会打印多次before init吗？其实不然，输出结果如下：

before init
java.lang.ExceptionInInitializerError
    at ObjectTest.main(ObjectTest.java:7)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:57)
    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:606)
    at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:134)
Caused by: java.lang.ArithmeticException: / by zero
    at BadClass.<clinit>(ObjectTest.java:25)
    ... 6 more
Exception in thread "main" java.lang.NoClassDefFoundError: Could not initialize class BadClass
    at ObjectTest.main(ObjectTest.java:12)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:57)
    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:606)
    at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:134)

也就是说其实是只输出了一次before init，这是为什么呢？

clinit方法在我们第一次主动使用这个类的时候会触发执行，比如我们访问这个类的静态方法或者静态字段就会触发执行clinit，但是这个过程是不可逆的，也就是说当我们执行一遍之后再也不会执行了，如果在执行这个方法过程中出现了异常没有被捕获，那这个类将永远不可用，虽然我们上面执行BadClass.doSomething()的时候catch住了异常，但是当代码跑到这里的时候，在jvm里已经将这个类打上标记了，说这个类初始化失败了，下次再初始化的时候就会直接返回并抛出类似的异常java.lang.NoClassDefFoundError: Could not initialize class BadClass，而不去再次执行初始化的逻辑，具体可以看下jvm里对类的状态定义：

enum ClassState {
    unparsable_by_gc = 0,               // object is not yet parsable by gc. Value of _init_state at object allocation.
    allocated,                          // allocated (but not yet linked)
    loaded,                             // loaded and inserted in class hierarchy (but not linked yet)
    linked,                             // successfully linked/verified (but not initialized yet)
    being_initialized,                  // currently running class initializer
    fully_initialized,                  // initialized (successfull final state)
    initialization_error                // error happened during initialization
  };

如果clinit执行失败了，抛了一个未被捕获的异常，那将这个类的状态设置为initialization_error,并且无法再恢复，因为jvm会认为你这次初始化失败了，下次肯定也是失败的，为了防止不断抛这种异常，所以做了一个缓存处理，不是每次都再去执行clinit，因此大家要特别注意，类的初始化过程可千万不能出错，出错就可能只能重启了哦。类的加载过程说复杂很复杂，说简单也简单，说复杂是因为细节很多，比如说今天要说的这个，可能很多人都不了解；说简单，大致都知道类加载有这么几个阶段，loaded->linked->initialized，为了让大家能更轻松地知道我今天说的这个话题，我不详细说类加载的整个过程，改天有时间有精力了我将整个类加载的过程和大家好好说说（PS：我对类加载过程慢慢清晰起来得益于当初在支付宝做cloudengine容器开发的时候，当时引入了标准的osgi，解决类加载的问题几乎是每天的家常便饭，相信大家如果还在使用OSGI，那估计能体会我当时的那种痛，哈哈）。

本文我想说的是最后一个阶段，类的初始化，但是也不细说其中的过程，只围绕我们今天要说的展开。

我们定义一个类的时候，可能有静态变量，可能有静态代码块，这些逻辑编译之后会封装到一个叫做clinit的方法里，比如下面的代码：

class BadClass{
    private static int a=100;
    static{
        System.out.println("before init");
        int b=3/0;
        System.out.println("after init");
    }

    public static void doSomething(){
        System.out.println("do somthing");
    }
}

编译之后我们通过javap -verbose BadClass可以看到如下字节码：

{
  BadClass();
    flags:
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 1: 0

  public static void doSomething();
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=0, args_size=0
         0: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
         3: ldc           #3                  // String do somthing
         5: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
         8: return
      LineNumberTable:
        line 10: 0
        line 11: 8

  static {};
    flags: ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=0
         0: bipush        100
         2: putstatic     #5                  // Field a:I
         5: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
         8: ldc           #6                  // String before init
        10: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
        13: iconst_3
        14: iconst_0
        15: idiv
        16: istore_0
        17: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        20: ldc           #7                  // String after init
        22: invokevirtual #4                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
        25: return
      LineNumberTable:
        line 2: 0
        line 4: 5
        line 5: 13
        line 6: 17
        line 7: 25
}

我们看到最后那个方法static{}，其实就是我上面说的clinit方法，我们看到静态字段的初始化和静态代码库都封装在这个方法里。

假如我们通过如下代码来测试上面的类：

public static void main(String args[]){
        try{
            BadClass.doSomething();
        }catch (Throwable e){
            e.printStackTrace();
        }

        BadClass.doSomething();
    }

大家觉得输出会是什么？是会打印多次before init吗？其实不然，输出结果如下：

before init
java.lang.ExceptionInInitializerError
    at ObjectTest.main(ObjectTest.java:7)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:57)
    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:606)
    at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:134)
Caused by: java.lang.ArithmeticException: / by zero
    at BadClass.<clinit>(ObjectTest.java:25)
    ... 6 more
Exception in thread "main" java.lang.NoClassDefFoundError: Could not initialize class BadClass
    at ObjectTest.main(ObjectTest.java:12)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:57)
    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:606)
    at com.intellij.rt.execution.application.AppMain.main(AppMain.java:134)

也就是说其实是只输出了一次before init，这是为什么呢？

clinit方法在我们第一次主动使用这个类的时候会触发执行，比如我们访问这个类的静态方法或者静态字段就会触发执行clinit，但是这个过程是不可逆的，也就是说当我们执行一遍之后再也不会执行了，如果在执行这个方法过程中出现了异常没有被捕获，那这个类将永远不可用，虽然我们上面执行BadClass.doSomething()的时候catch住了异常，但是当代码跑到这里的时候，在jvm里已经将这个类打上标记了，说这个类初始化失败了，下次再初始化的时候就会直接返回并抛出类似的异常java.lang.NoClassDefFoundError: Could not initialize class BadClass，而不去再次执行初始化的逻辑，具体可以看下jvm里对类的状态定义：

enum ClassState {
    unparsable_by_gc = 0,               // object is not yet parsable by gc. Value of _init_state at object allocation.
    allocated,                          // allocated (but not yet linked)
    loaded,                             // loaded and inserted in class hierarchy (but not linked yet)
    linked,                             // successfully linked/verified (but not initialized yet)
    being_initialized,                  // currently running class initializer
    fully_initialized,                  // initialized (successfull final state)
    initialization_error                // error happened during initialization
  };

如果clinit执行失败了，抛了一个未被捕获的异常，那将这个类的状态设置为initialization_error,并且无法再恢复，因为jvm会认为你这次初始化失败了，下次肯定也是失败的，为了防止不断抛这种异常，所以做了一个缓存处理，不是每次都再去执行clinit，因此大家要特别注意，类的初始化过程可千万不能出错，出错就可能只能重启了哦。

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