Java类初始化和实例化中的2个“雷区”

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”。