编译时、加载时与执行时：Java 开发者必须搞清楚的概念

1. 概述

在 Java 开发中，我们常常会听到 compile time（编译时）、load time（加载时） 和 execution time（执行时） 这三个术语。它们分别代表了程序从源码到运行的三个关键阶段。

本文将带你厘清这三个概念的含义、差异以及它们在实际开发中可能踩坑的地方。

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2. 编译时（Compile Time）

✅ 编译时 是程序从源代码转换为机器或虚拟机可识别的中间格式的阶段。在 Java 中，就是通过 javac 把 .java 文件编译成 .class 字节码文件的过程。

主要行为包括：

• 语法检查 ✅
• 类型检查 ✅
• 语法树构建 ✅
• 字节码生成 ✅

⚠️ 如果你写了 List list = new ArrayList<>(); 而没引入 java.util.*，javac 会报错，这就是编译时检查。

示例代码：

// 编译时检查
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class CompileTimeExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("Hello");
    }
}

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3. 加载时（Load Time）

✅ 加载时 是指类加载器（Classloader）将 .class 文件加载进 JVM 的过程。

JVM 会在需要使用某个类的时候触发加载，比如：

• 创建类的实例（new）
• 调用类的静态方法
• 使用类的静态字段（非 final 的）

加载过程包括：

• 加载（Loading）✅
• 验证（Verification）✅
• 准备（Preparation）✅
• 解析（Resolution）✅
• 初始化（Initialization）✅

⚠️ 静态代码块和静态变量初始化都在这个阶段完成。

示例代码：

public class LoadTimeExample {
    static {
        System.out.println("静态代码块在加载时执行");
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 触发类加载
        new LoadTimeExample();
    }
}

输出：

静态代码块在加载时执行

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4. 执行时（Execution Time）

✅ 执行时 是程序真正运行起来，开始执行字节码指令的阶段。这包括：

• 方法调用 ✅
• 异常处理 ✅
• 线程调度 ✅
• JVM 运行时栈、堆的操作 ✅

你可以通过 java -jar 或者 IDE 启动程序，就进入了执行时阶段。

示例代码：

public class ExecutionTimeExample {
    public static void main(String[] args) {
        long start = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i < 1_000_000; i++) {
            // 模拟耗时操作
        }
        long duration = System.currentTimeMillis() - start;
        System.out.println("执行耗时: " + duration + "ms");
    }
}

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5. 对比与联系

阶段	发生时间	主要行为	工具/机制
编译时	写完代码后，运行前	语法检查、生成字节码	javac
加载时	类首次使用时	类加载、验证、初始化	ClassLoader
执行时	程序运行中	方法调用、变量操作、异常处理等	JVM runtime engine

共同点：

• 都是程序生命周期的一部分 ✅
• 都由 JVM 参与处理 ✅

差异点：

• 编译时 关注源码结构和语法 ✅
• 加载时 关注类的可用性 ✅
• 执行时 关注行为逻辑和性能 ✅

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6. 常见踩坑场景

❌ 编译时错误 vs. 运行时错误混淆

• 编译错误（如语法错误）：IDE 会标红，编译不过 ✅
• 运行时异常（如 NullPointerException）：编译没问题，但执行时报错 ❌

❌ 静态代码块执行时机不清楚

• 静态代码块在类加载时执行，不是执行 main 方法时才执行 ❌

❌ 忽略类加载机制导致的重复加载问题

• 不同的 ClassLoader 可能导致类被重复加载，引发 ClassCastException ❌

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7. 总结

阶段	关键词	开发者关注点
编译时	javac、语法检查	代码结构是否正确 ✅
加载时	ClassLoader、类加载	是否能被 JVM 正确加载 ✅
执行时	JVM、运行时栈	行为逻辑是否正确 ✅

作为 Java 开发者，理解这三个阶段的边界和行为，有助于你排查问题、优化性能、甚至写出更安全的类加载逻辑。

✅ 推荐在调试时使用 -verbose:class 参数查看类加载情况，对理解加载时行为非常有帮助。