是否存在 Java 不立即初始化静态字段的情况？

Question

在一个更大的项目中，我遇到了静态字段初始化的奇怪行为（至少就我的理解而言）。据我了解，所有静态字段都应该在程序启动时初始化，这意味着当开始使用非静态字段时，不应该有任何未初始化的静态字段（更准确地说，所有静态赋值“field = .. ." 应该已经执行）。

以下代码不是 MWE，因为它符合我的预期，但它本质上正是我在更大的上下文中所做的。我无法创建一个导致相同问题的较小示例。

运行此代码时：

import java.util.HashSet;

public class FB {
    private static final HashSet<String> collection = new HashSet<>();
    public static final String foo = bar("item");

    public static String bar(String newItem) {
        collection.add(newItem);
        System.out.println("Yes, I've been invoked, and I currently store this: " + collection);
        return newItem;
    }

    public static void main(String[] args) {
    }
}

输出是（因为 Java 首先通过调用 bar(.) 初始化静态字段 'collection' 然后 foo）：

Yes, I've been invoked, and I currently store this: [item]

到目前为止，一切都很好。在实际项目中，我正是这样做的（尽管 foo 和 bar(.) 在不同的类中），但是在我实际使用 foo 的值之前不会调用 bar(.)。 （至少这种情况发生在五分之一的情况下——它们都以与上面所示相同的方式创建。其他四个工作正常。）是否有任何情况会导致 Java 出现这样的行为？

我已经看过这些讨论，但它们似乎没有抓住我的问题：

When are static variables are initialized?
Why static fields are not initialized in time?
Java Static Field Initialization

我意识到，当交换 foo 和 collection 的位置时，方法调用无法工作，因为当 foo 被初始化时，collection 不会被初始化（或者更确切地说，初始化为 null？）。 （老实说，我不确定静态字段在不同类中的初始化顺序，所以这可能是问题的根源。）但这会导致

Exception in thread "main" java.lang.ExceptionInInitializerError

而不仅仅是不调用 bar(.)。

如果需要，我可以提供有关实际项目的更多详细信息，但到目前为止我不知道还有什么感兴趣的。 （抱歉，描述的太模糊了，但到目前为止我只有这些。）

Answer 1

静态变量由 JVM 类加载器实例化，并由类的每个实例共享。

public class StaticVars {

    static int i = 3;

    public static void main( String[] args ) {
        System.out.println( "Called at Runtime: " + getStaticVar() );
        System.out.println( "Called via it's static member: " + i );
    }


    static int getStaticVar() {
        return i;
    }

    static {
        int i = 1;
        System.out.println( "JVM ClassLoaded: " + i );
    }

    static {
        int i = 2;
        System.out.println( "Second JVM ClassLoaded: " + i);
    }

}

此外，正如dognose 和NPE 所引用的，如果您在初始化之前尝试引用静态变量，您将得到Illegal Forward Reference Error，因为静态字段是按顺序初始化的。以下限制适用于静态fields 静态方法的检查方式不同。

8.3.2.3. Restrictions on the use of Fields during Initialization

• 仅当成员是类或接口 C 的实例（分别为静态）字段并且满足以下所有条件时，成员的声明才需要在使用前以文本形式出现：

• 在 C 的实例（分别为静态）变量初始化器或 C 的实例（分别为静态）初始化器中使用。

• 用法不在作业的左侧。

• 用法是通过一个简单的名称。

• C 是包含用法的最内层类或接口。

更多信息 :: Illegal forward reference error for static final fields

Answer 2

如果你编译上面的类，你可以看到在静态初始化块中调用了bar。

static <clinit>()V
  L0
    LINENUMBER 4 L0
    NEW java/util/HashSet
    DUP
    INVOKESPECIAL java/util/HashSet.<init> ()V
    PUTSTATIC FB.collection : Ljava/util/HashSet;
  L1
    LINENUMBER 5 L1
    LDC "item"
    INVOKESTATIC FB.bar (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
    PUTSTATIC FB.foo : Ljava/lang/String;
    RETURN
    MAXSTACK = 2
    MAXLOCALS = 0

在FB 中看到不完整的初始化类的唯一方法是已经在静态块中。

例如说FB.<clinit>() 调用另一个类，该类在初始化之前又使用FB.foo，它将看到null 而不是调用bar()

Answer 3

当开始使用非static 字段时，不应有任何未初始化的static 字段（更准确地说，应该已执行所有静态分配field = ...）。

一般情况下是这样的。但是，可以构建一个不存在的示例。 The following code 打印出来

static_obj=null
instance_obj=4

意思是static_obj在instance_obj已经被初始化的时候还没有被初始化：

class Ideone
{
    static {
        new Ideone();
    }   

    public static final Object static_obj = new Integer(42);
    public final Object instance_obj = new Integer(4);

    public Ideone() {
        System.out.printf("static_obj=%s\n", static_obj);
        System.out.printf("instance_obj=%s\n", instance_obj);
    }

    public static void main(String[] args) {
    }
}

Answer 4

静态字段按照它们声明的顺序进行初始化。因此，如果您将字段的顺序更改为：

import java.util.HashSet;

    public class FB {
        public static final String foo = bar("item");
        private static final HashSet<String> collection = new HashSet<>();

        public static String bar(String newItem) {
            collection.add(newItem);
            System.out.println("Yes, I've been invoked, and I currently store this: " + collection);
            return newItem;
        }

        public static void main(String[] args) {
        }
    }

当您尝试访问尚未初始化的集合时，您将在bar-方法中收到NullpointerException。 （因为您对bar() 的调用发生在初始化第一个变量的过程中）

Exception in thread "main" java.lang.ExceptionInInitializerError                                

Caused by: java.lang.NullPointerException                                                       

        at HelloWorld.bar(HelloWorld.java:14)                                                   

        at HelloWorld.<clinit>(HelloWorld.java:10)    

Answer 5

类的静态字段和静态初始化块并不总是被初始化/执行。如果您不使用类或不加载它，则不会发生。例如 - 假设您有：

class Test
{
    static
    {
        System.out.println("Test");
    }

    public static int a = 4; 
}

如果不使用Test类静态块将不会被执行。因此，您必须例如实例化一个类来初始化静态字段并调用静态初始化块：

Test t = new Test();

或使用任何静态的东西，例如：

System.out.println(Test.a); // this will trigger 'initialisation'

毕竟 - 如果您不在代码中使用静态数据 - 为什么 JVM 会费心用它做任何事情 - 认为这是合理的优化 ;-)。

另一个使用 JDBC 的例子——你必须调用一次才能让驱动程序自己“初始化”——即。执行所有静态的和以后需要的东西：

Class.forName( "com.mysql.jdbc.Driver" ).newInstance();

顺便说一句：您可以这样初始化您的收藏：

private static final HashSet<String> collection = new HashSet<String>() {{add("item");}};