開(kāi)始

一位朋友在群里問(wèn)了這樣一個(gè)問(wèn)題：

本著樂(lè)于助人的想法，我當(dāng)時(shí)給出的回答：

后來(lái)我總覺(jué)得哪里不對(duì)勁，仔細(xì)翻閱了《Java虛擬機(jī)規(guī)范》和《深入理解Java虛擬機(jī)》這一部分的內(nèi)容，害！發(fā)現(xiàn)自己理解的有問(wèn)題。

因?yàn)樽约旱睦斫獬鲥e(cuò)而誤導(dǎo)了別人，實(shí)在是讓我萬(wàn)分羞愧！

自己菜但是不能誤導(dǎo)別人，于是我加了這位朋友的好友，向這位朋友表達(dá)了歉意，這位朋友也非常隨和，對(duì)此表示理解。

今天討論的問(wèn)題就是從這個(gè)故事開(kāi)始的。

final修飾的實(shí)例變量

我們先分析一下這個(gè)問(wèn)題：深入Java虛擬機(jī)有一句是“ConstantValue屬性的作用是通知虛擬機(jī)自動(dòng)為靜態(tài)變量賦值，只有被static關(guān)鍵字修飾的變量才可以使用這項(xiàng)屬性。但為什么private final a = 10也可以被賦值？”

我翻閱了《深入理解Java虛擬機(jī)》第二版，在第191頁(yè)，確實(shí)有前面那句話

書(shū)中說(shuō)的很清楚，ConstantValue屬性的作用是通知虛擬機(jī)自動(dòng)為靜態(tài)變量賦值。

那就意味著只有static修飾的類變量才會(huì)在class文件中對(duì)應(yīng)的字段表加上ConstantValue屬性嗎？

答案是否定的。用final修飾的實(shí)例變量，編譯成class文件的時(shí)候，對(duì)應(yīng)的字段表也有可能會(huì)加上ConstantValue屬性。

注意，我這里用了“可能”這兩個(gè)字，因?yàn)檫@是有條件的。哪些情況會(huì)有ConstantValue屬性呢？

我們寫(xiě)一段代碼，列舉一下用final修飾的實(shí)例變量的幾種情況，編譯之后，然后用javap -verbose命令查看Java編譯器為我們生成的字節(jié)碼。

我們可以看到，在字段表集合里面有四個(gè)字段表，分表對(duì)應(yīng)這a,b,c,d,e五個(gè)實(shí)例屬性，他們都帶有ACC_PUBLIC(public)和ACC_FINAL(final)的訪問(wèn)標(biāo)志。但只有a和b對(duì)應(yīng)的字段表帶有ConstantValue屬性。我們總結(jié)一下：

用final修飾不是在構(gòu)造方法賦值的String類型或者基本類型成員變量，編譯成字節(jié)碼文件時(shí)，對(duì)應(yīng)的字段表也會(huì)帶有ConstantValue屬性。

這個(gè)結(jié)論不和《深入理解Java虛擬機(jī)》沖突嗎？

于是我翻閱了JVM Spec Java SE 8Edition（周志明前輩是翻譯過(guò)，書(shū)名《Java虛擬機(jī)規(guī)范》，但是我手里沒(méi)有翻譯后的中文版），在4.7.2部分我找到了這樣一句話：

書(shū)中說(shuō)的很清楚，如果field_info（字段表）表示的非靜態(tài)字段包含了ConstantValue屬性，那么這個(gè)ConstantValue屬性會(huì)被Java虛擬機(jī)所忽略。也就是說(shuō)，對(duì)于非靜態(tài)字段，就算你編譯器加上了ConstantValue屬性，JVM也會(huì)忽略掉，你加不加結(jié)果是一樣的。

看完《Java虛擬機(jī)規(guī)范》里面的說(shuō)明，再回來(lái)看《深入理解Java虛擬機(jī)》里面的這句話：

ConstantValue屬性的作用是通知虛擬機(jī)自動(dòng)為靜態(tài)變量賦值，只有被static關(guān)鍵字修飾的類變量才可以使用這項(xiàng)屬性。

作者的這句話的前半句沒(méi)有什么爭(zhēng)議，但我覺(jué)得后半句的表述的不太明確，容易造成誤解。

以我的理解，應(yīng)該是“只有被static關(guān)鍵字修飾的類變量才可以使用這項(xiàng)屬性來(lái)進(jìn)行初始化，否則使用這項(xiàng)屬性也會(huì)被JVM忽略掉”

好了，我們?cè)倩氐侥俏慌笥褑?wèn)的問(wèn)題：為什么private final a = 10也可以被賦值？

首先，這個(gè)問(wèn)題的本身就問(wèn)的不太準(zhǔn)確。我理解這位朋友真正想問(wèn)的是“為什么private final a = 10也可以通過(guò)ConstantValue屬性的形式賦值？”

我覺(jué)得這是一個(gè)很好的問(wèn)題，這位朋友通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)用final修飾的實(shí)例變量對(duì)應(yīng)的字段表有ConstantValue屬性，結(jié)合《深入理解Java虛擬機(jī)》，他認(rèn)為a是通過(guò)ConstantValue屬性讓虛擬機(jī)知道然后為其賦值的。最后他發(fā)現(xiàn)和書(shū)中沖突，于是提出了上文的這個(gè)問(wèn)題。

這樣的思路有問(wèn)題嗎？我覺(jué)得是沒(méi)有問(wèn)題的。

不過(guò)這樣的理解是對(duì)的嗎？顯然是不對(duì)的。

因?yàn)樘摂M機(jī)規(guī)范是這樣規(guī)范的。對(duì)于非靜態(tài)字段，ConstantValue屬性是不會(huì)生效的。

至于為什么要這樣設(shè)計(jì)，功力不夠的我暫時(shí)無(wú)法理解設(shè)計(jì)者的想法。

那單獨(dú)用final修飾的實(shí)例變量到底是在什么時(shí)候賦值的呢？

這個(gè)問(wèn)題也不難回答，看一下字節(jié)碼就清楚了。

通過(guò)查看字節(jié)碼，我們可以看到有一個(gè)方法，右邊是它的字節(jié)碼指令。

什么是方法？我們看看Java虛擬機(jī)規(guī)范上的解釋：

我們溫習(xí)一下這個(gè)英語(yǔ)四級(jí)短語(yǔ)：appear as

然后，我們一起翻譯一下：在JVM層面上，每一個(gè)用Java寫(xiě)的構(gòu)造方法都表現(xiàn)為實(shí)例初始方法，這個(gè)方法就是方法。

記住，這個(gè)方法會(huì)在實(shí)例初始化的時(shí)候被調(diào)用。

我們?cè)賮?lái)看一下putfield這個(gè)字節(jié)碼指令的含義：putfield指令就是為指定的類的實(shí)例域賦值的，也就是為實(shí)例變量賦值的指令。

現(xiàn)在我們可以清晰的知道，這些用final修飾實(shí)例變量是在實(shí)例構(gòu)造器方法里面賦值的，也就是對(duì)象創(chuàng)建的時(shí)候賦值。

static修飾的類變量

上面講到ConstantValue屬性的作用是通知虛擬機(jī)自動(dòng)為靜態(tài)變量賦值。

我們?cè)倩剡^(guò)來(lái)講一下靜態(tài)變量，一個(gè)很關(guān)鍵的關(guān)鍵字static。

在這之前，我需要把類加載的幾個(gè)過(guò)程大致給你講一下：

類的生命周期由7個(gè)階段組成，類加載說(shuō)的是前5個(gè)階段，即加載—>驗(yàn)證—>準(zhǔn)備—>解析—>初始化。

類的生命周期圖

我們簡(jiǎn)單過(guò)一下這幾個(gè)階段：

• 加載：將字節(jié)碼所代表的靜態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
• 驗(yàn)證：驗(yàn)證字節(jié)碼格式，確保Class文件的字節(jié)流中包含的信息符合當(dāng)前虛擬機(jī)的要求，并且不會(huì)危害虛擬機(jī)自身的安全。
• 準(zhǔn)備：創(chuàng)建類或者接口的靜態(tài)字段，并為靜態(tài)變量設(shè)置初始值。
• 解析：將常量池內(nèi)的符號(hào)引用替換為直接引用。
• 初始化：執(zhí)行類構(gòu)造器方法。

類構(gòu)造器方法又是個(gè)什么東西呢？

JVM Spec Java SE 8Edition這樣說(shuō)道：

說(shuō)白了，編譯器會(huì)收集所有靜態(tài)變量的賦值動(dòng)作、所有靜態(tài)代碼塊，合并產(chǎn)生一個(gè)方法，即方法。這個(gè)方法在類加載的初始化階段執(zhí)行。

而對(duì)于類變量（static修飾的），則有兩種賦值方式可以選擇:

• 使用ConstantValue屬性賦值。
• 在類構(gòu)造器方法中賦值。

目前Oracle公司實(shí)現(xiàn)的Javac編譯器的選擇是：

• final+static修飾：使用ConstantValue屬性賦值。
• 僅僅使用static修飾：在方法中賦值。

需要注意點(diǎn)的是，用生成ConstantValue屬性來(lái)進(jìn)行初始化，這個(gè)變量必須是基本類型或者java.lang.String類型。

這是因?yàn)镃lass文件格式的常量類型中只有與基本屬性和字符串相對(duì)應(yīng)的字面量，所以就算ConstantValue屬性想支持別的類型也無(wú)能為力。

對(duì)于這一點(diǎn)，我們也可以通過(guò)javap -verbose命令反編譯驗(yàn)證一下：

final+static修飾的常量

上面我們說(shuō)過(guò)，方法是在類加載的出初始化階段賦值的。

那static+final修飾的常量是在類加載的那一階段進(jìn)行的呢？我們可以看一下JVM規(guī)范：

我們可以看到在JVM規(guī)范里面，static+final修飾的常量是在初始化階段執(zhí)行方法之前執(zhí)行的。

咦？我們平時(shí)背的不都是在類加載的準(zhǔn)備階段會(huì)對(duì)普通類屬性賦初始值，帶有ConstantValue的類屬性直接賦值嗎？

《深入理解Java虛擬機(jī)》也是這樣說(shuō)的啊？

書(shū)上是錯(cuò)的嗎？不是的，因?yàn)椤渡钊肜斫釰ava虛擬機(jī)》里面講的具體實(shí)現(xiàn)，是基于HotSpot VM講的。

確確實(shí)實(shí)，HotSpot VM就是這么干的，我們也可以在openJdk中找到對(duì)應(yīng)的源碼：

看起來(lái)，HotSpot VM對(duì)基本類型或者字符串類型的常量的賦值確實(shí)在準(zhǔn)備階段完成了。

但一個(gè)很關(guān)鍵的點(diǎn)是，仍然在調(diào)用之前賦值了。

外界是不會(huì)觀察到HotSpot VM提前做了這個(gè)初始化賦值的，所以是沒(méi)問(wèn)題。

不過(guò)要記住的是，規(guī)范里明確說(shuō)了正確的初始化時(shí)機(jī)是在“初始化（Initialization）”階段。

總結(jié)

final修飾的實(shí)例屬性，在實(shí)例創(chuàng)建的時(shí)候才會(huì)賦值。

static修飾的類屬性，在類加載的準(zhǔn)備階段賦初值，初始化階段賦值。

static+final修飾的String類型或者基本類型常量，JVM規(guī)范是在初始化階段賦值，但是HotSpot VM直接在準(zhǔn)備階段就賦值了。

static+final修飾的其他引用類型常量，賦值步驟和第二點(diǎn)的流程是一樣的。

還有一點(diǎn)，一定不要把《深入理解Java虛擬機(jī)》和《Java虛擬機(jī)規(guī)范》搞混了。

• 《Java虛擬機(jī)規(guī)范》是翻譯的官方JVM規(guī)范文檔，所有的JVM實(shí)現(xiàn)都要遵從規(guī)范，但有強(qiáng)制要求的規(guī)范和建議的規(guī)范。
• 《深入理解Java虛擬機(jī)》是作者根據(jù)自己的理解，結(jié)合HotSpot VM的具體實(shí)現(xiàn)，為了讓讀者更容易理解JVM而寫(xiě)的一本書(shū)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的你知道Java中final和static修饰的变量是在什么时候赋值的吗？的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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