你知道Java中final和static修饰的变量是在什么时候赋值的吗？
開始
一位朋友在群里問了這樣一個問題：
本著樂于助人的想法，我當時給出的回答：
后來我總覺得哪里不對勁，仔細翻閱了《Java虛擬機規范》和《深入理解Java虛擬機》這一部分的內容，害！發現自己理解的有問題。
因為自己的理解出錯而誤導了別人，實在是讓我萬分羞愧！
自己菜但是不能誤導別人，于是我加了這位朋友的好友，向這位朋友表達了歉意，這位朋友也非常隨和，對此表示理解。
今天討論的問題就是從這個故事開始的。
final修飾的實例變量
我們先分析一下這個問題：深入Java虛擬機有一句是“ConstantValue屬性的作用是通知虛擬機自動為靜態變量賦值，只有被static關鍵字修飾的變量才可以使用這項屬性。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》第二版，在第191頁，確實有前面那句話
書中說的很清楚，ConstantValue屬性的作用是通知虛擬機自動為靜態變量賦值。
那就意味著只有static修飾的類變量才會在class文件中對應的字段表加上ConstantValue屬性嗎？
答案是否定的。用final修飾的實例變量，編譯成class文件的時候，對應的字段表也有可能會加上ConstantValue屬性。
注意，我這里用了“可能”這兩個字，因為這是有條件的。哪些情況會有ConstantValue屬性呢？
我們寫一段代碼，列舉一下用final修飾的實例變量的幾種情況，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碼。
我們可以看到，在字段表集合里面有四個字段表，分表對應這a,b,c,d,e五個實例屬性，他們都帶有ACC_PUBLIC(public)和ACC_FINAL(final)的訪問標志。但只有a和b對應的字段表帶有ConstantValue屬性。我們總結一下：
用final修飾不是在構造方法賦值的String類型或者基本類型成員變量，編譯成字節碼文件時，對應的字段表也會帶有ConstantValue屬性。
這個結論不和《深入理解Java虛擬機》沖突嗎？
于是我翻閱了JVM Spec Java SE 8Edition（周志明前輩是翻譯過，書名《Java虛擬機規范》，但是我手里沒有翻譯后的中文版），在4.7.2部分我找到了這樣一句話：
書中說的很清楚，如果field_info（字段表）表示的非靜態字段包含了ConstantValue屬性，那么這個ConstantValue屬性會被Java虛擬機所忽略。也就是說，對于非靜態字段，就算你編譯器加上了ConstantValue屬性，JVM也會忽略掉，你加不加結果是一樣的。
看完《Java虛擬機規范》里面的說明，再回來看《深入理解Java虛擬機》里面的這句話：
ConstantValue屬性的作用是通知虛擬機自動為靜態變量賦值，只有被static關鍵字修飾的類變量才可以使用這項屬性。
作者的這句話的前半句沒有什么爭議，但我覺得后半句的表述的不太明確，容易造成誤解。
以我的理解，應該是“只有被static關鍵字修飾的類變量才可以使用這項屬性來進行初始化，否則使用這項屬性也會被JVM忽略掉”
好了，我們再回到那位朋友問的問題：為什么private final a = 10也可以被賦值？
首先，這個問題的本身就問的不太準確。我理解這位朋友真正想問的是“為什么private final a = 10也可以通過ConstantValue屬性的形式賦值？”
我覺得這是一個很好的問題，這位朋友通過實驗發現用final修飾的實例變量對應的字段表有ConstantValue屬性，結合《深入理解Java虛擬機》，他認為a是通過ConstantValue屬性讓虛擬機知道然后為其賦值的。最后他發現和書中沖突，于是提出了上文的這個問題。
這樣的思路有問題嗎？我覺得是沒有問題的。
不過這樣的理解是對的嗎？顯然是不對的。
因為虛擬機規范是這樣規范的。對于非靜態字段，ConstantValue屬性是不會生效的。
至于為什么要這樣設計，功力不夠的我暫時無法理解設計者的想法。
那單獨用final修飾的實例變量到底是在什么時候賦值的呢？
這個問題也不難回答，看一下字節碼就清楚了。
通過查看字節碼，我們可以看到有一個方法，右邊是它的字節碼指令。
什么是方法？我們看看Java虛擬機規范上的解釋：
我們溫習一下這個英語四級短語：appear as
然后，我們一起翻譯一下：在JVM層面上，每一個用Java寫的構造方法都表現為實例初始方法，這個方法就是方法。
記住，這個方法會在實例初始化的時候被調用。
我們再來看一下putfield這個字節碼指令的含義：putfield指令就是為指定的類的實例域賦值的，也就是為實例變量賦值的指令。
現在我們可以清晰的知道，這些用final修飾實例變量是在實例構造器方法里面賦值的，也就是對象創建的時候賦值。
static修飾的類變量
上面講到ConstantValue屬性的作用是通知虛擬機自動為靜態變量賦值。
我們再回過來講一下靜態變量，一個很關鍵的關鍵字static。
在這之前，我需要把類加載的幾個過程大致給你講一下：
類的生命周期由7個階段組成，類加載說的是前5個階段，即加載—>驗證—>準備—>解析—>初始化。
類的生命周期圖
我們簡單過一下這幾個階段：
- 加載：將字節碼所代表的靜態存儲結構轉化為方法區的運行時數據結構。
- 驗證：驗證字節碼格式，確保Class文件的字節流中包含的信息符合當前虛擬機的要求，并且不會危害虛擬機自身的安全。
- 準備：創建類或者接口的靜態字段，并為靜態變量設置初始值。
- 解析：將常量池內的符號引用替換為直接引用。
- 初始化：執行類構造器方法。
類構造器方法又是個什么東西呢？
JVM Spec Java SE 8Edition這樣說道：
說白了，編譯器會收集所有靜態變量的賦值動作、所有靜態代碼塊，合并產生一個方法，即方法。這個方法在類加載的初始化階段執行。
而對于類變量（static修飾的），則有兩種賦值方式可以選擇:
- 使用ConstantValue屬性賦值。
- 在類構造器方法中賦值。
目前Oracle公司實現的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。
需要注意點的是，用生成ConstantValue屬性來進行初始化，這個變量必須是基本類型或者java.lang.String類型。
這是因為Class文件格式的常量類型中只有與基本屬性和字符串相對應的字面量，所以就算ConstantValue屬性想支持別的類型也無能為力。
對于這一點，我們也可以通過javap -verbose命令反編譯驗證一下：
final+static修飾的常量
上面我們說過，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行的呢？我們可以看一下JVM規范：
我們可以看到在JVM規范里面，static+final修飾的常量是在初始化階段執行方法之前執行的。
咦？我們平時背的不都是在類加載的準備階段會對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》也是這樣說的啊？
書上是錯的嗎？不是的，因為《深入理解Java虛擬機》里面講的具體實現，是基于HotSpot VM講的。
確確實實，HotSpot VM就是這么干的，我們也可以在openJdk中找到對應的源碼：
看起來，HotSpot VM對基本類型或者字符串類型的常量的賦值確實在準備階段完成了。
但一個很關鍵的點是，仍然在調用之前賦值了。
外界是不會觀察到HotSpot VM提前做了這個初始化賦值的，所以是沒問題。
不過要記住的是，規范里明確說了正確的初始化時機是在“初始化（Initialization）”階段。
總結
還有一點，一定不要把《深入理解Java虛擬機》和《Java虛擬機規范》搞混了。
- 《Java虛擬機規范》是翻譯的官方JVM規范文檔，所有的JVM實現都要遵從規范，但有強制要求的規范和建議的規范。
- 《深入理解Java虛擬機》是作者根據自己的理解，結合HotSpot VM的具體實現，為了讓讀者更容易理解JVM而寫的一本書。
總結
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？的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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