Java 中静态变量的初始化时机

1. 引言

本文将深入探讨 Java 中静态变量的初始化过程。这个过程由 Java 虚拟机（JVM）在类加载阶段完成，属于 JVM 类初始化机制的核心部分。

如果你在项目中踩过“静态变量未按预期初始化”的坑，或者对 static 块的执行时机感到模糊，那这篇文章能帮你理清底层逻辑。

2. 类初始化流程

JVM 在加载类时，会按以下三个阶段进行处理：

✅ 加载（Loading）：通过类加载器将 .class 文件加载进 JVM，生成对应的 Class 对象。
✅ 链接（Linking）：包括验证、准备和解析，其中“准备”阶段会为静态变量分配内存并设置默认值（如 int 为 0，引用类型为 null）。
✅ 初始化（Initialization）：执行类构造器 <clinit>() 方法，真正执行静态变量赋值和 static 块中的代码。

⚠️ 只有当类被“主动使用”时，才会触发初始化。比如调用其 main() 方法、创建实例、访问静态成员等。

最后，JVM 会调用该类的 main 方法启动程序。

3. 静态变量（Class Variable）的初始化

在 Java 中，静态变量也称为 类变量（class variable），它属于类本身，而非某个实例。所有实例共享同一份静态变量。

✅ 类的初始化过程会负责初始化这些静态变量。
❌ 而实例变量（非静态）则由对象创建时通过构造器初始化。

来看一个例子：

public class StaticVariableDemo {  
    public static int i;
    public static int j = 20;

    public StaticVariableDemo() {}
}

JVM 执行流程如下：

加载 StaticVariableDemo 类，生成 Class 对象。
准备阶段：为 i 和 j 分配内存，初始值均为 0（int 默认值）。
初始化阶段：
- 按代码顺序执行静态初始化：
  - i 保持默认值 0（无显式赋值）。
  - j 被赋值为 20。

📌 关键点：静态变量的初始化顺序严格按照代码书写顺序执行。先定义的先初始化。

4. 静态代码块中的变量

静态块（static {}）也是初始化的一部分，它会在类初始化时执行，常用于复杂逻辑或资源加载。

示例：

public class StaticVariableDemo {  
    public static int z;

    static {
        z = 30;
    }
    public StaticVariableDemo() {}
}

执行顺序：

准备阶段：z 被赋予默认值 0。
初始化阶段：
- 执行静态块，将 z 修改为 30。

✅ 静态块的执行优先于构造器，且只执行一次。
⚠️ 多个静态块按出现顺序依次执行。

这个机制非常适合做单例初始化、配置加载等一次性操作。

5. 静态内部类中的变量

静态嵌套类（static nested class）的静态变量也会在类加载时初始化，但注意：外部类加载并不会自动触发静态内部类的初始化。

只有当首次主动使用静态内部类时，才会触发其初始化。

示例：

public class StaticVariableDemo {  
    public StaticVariableDemo() {}
    
    static class Nested {
        public static String nestedClassStaticVariable = "test";
    }
}

行为分析：

当 StaticVariableDemo 被加载时，Nested 类并不会立即加载或初始化。
只有当代码首次访问 Nested.nestedClassStaticVariable 或创建 Nested 实例时，JVM 才会：
1. 加载 Nested 类
2. 初始化其静态变量 nestedClassStaticVariable 为 "test"

✅ 这种延迟加载特性常被用于实现延迟单例（如 Effective Java 中的 singleton 范式）。

6. 总结

静态变量的初始化发生在类的 初始化阶段，由 JVM 的 <clinit>() 方法完成。
初始化顺序：按代码顺序，先变量赋值，后静态块执行。
静态内部类的静态变量 不会随外部类初始化而初始化，具有延迟加载特性。
理解这一机制有助于避免初始化顺序错误、NPE 等隐蔽问题。

如需深入了解底层规范，可查阅 Java Language Specification。

所有示例代码已上传至 GitHub：https://github.com/eugenp/tutorials/tree/master/core-java-modules/core-java-lang-3

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