类初始化处理过程

前言

在《Java并发变成的艺术》一书中笔者把类的初始化的处理过程分了5个阶段，为了更深入的理解，我便记录下来。

第一阶段：通过在Class对象上同步（即获取Class对象的初始化锁），来控制类或接口的初始化。这个获取锁的线程会一直等待，直到当前线程能够获取到这个初始化锁。

假设Class对象当前还没有被初始化（初始化状态state，此时被标记为state=noInitialization），且有两个线程A和B试图同时初始化这个Class对象。图1是对应的示意图。

图1 类初始化——第1阶段

表1是这个示意图的说明。

                                  表一

时间	线程A	线程B
t1	A1:尝试获取Class对象的初始化锁。这里假设线程A获取到了初始化锁	B1:尝试获取Class对象的初始化锁，由于线程A获取到了锁，线程B将一直等待获取初始化锁
t2	A2线程A看到线程还未被初始化（因为读取到state=noInitialization）,线程设置state=initializing
t3	A3:线程A释放初始化锁

第2阶段：线程A执行类的初始化，同时线程B在初始化锁对应的condition上等待。

表2是这个示意图的说明。

                                    表2

时间	线程A	线程B
t1	A1:执行类的静态初始化和初始化类中声明的静态字段	B1获取到初始化锁
t2		B2:读取到state=initializing
t3		B3:释放初始化锁
t4		B4:在初始化锁的condition中等待

图2 类初始化——第2阶段

第3阶段：线程A设置state=initialized,然后唤醒在condition中等待的所有线程。

图3 类初始化——第3阶段

表3是这个图的说明。

                                    表3

时间	线程A
t1	A1:获取初始化锁
t2	A2:设置state=initialized
t3	A3:唤醒在condition中等待的所有线程
t4	A4:释放初始化锁
t5	A5:线程A的初始化处理过程完成

第4阶段：线程B结束类的初始化处理。

图4 类初始化——第4阶段

表4是这个图的说明。

                                      表4

时间	线程B
t1	B1:获取初始化锁
t2	B2:读取到state=initialized
t3	B3:释放初始化锁
t4	B4:线程B的类初始化处理过程完成

线程A在第2阶段的A1执行类的初始化，并在第3阶段的A4释放初始化锁；线程B在第4阶段的B1获取同一个初始化锁，并在第4阶段的B4将之后才开始访问这个类。根据Java内存模型规范的锁规则，这里将如下的happens-before关系。
这个happens-before关系将保证：线程A执行类的初始化时的写入操作（执行类的静态初始化和初始化类中声明的静态字段），线程B一定能看到。

第5阶段：线程C执行类的初始化的处理。

图5 类初始化——第5阶段

表5是这个图的说明。

                                      表5

时间	线程C
t1	C1:获取初始化锁
t2	C2:读取到state=initialized
t3	C3:释放初始化锁
t4	C4:线程C的类初始化处理过程完成

在第3阶段之后，类已经完成了初始化。因此线程C在第5阶段的类初始化处理过程相对简单一些（前面的线程A和B的类初始化处理过程都经历了两次锁获取-锁释放，而线程C的类初始化处理过程只需要经历一次锁获取-锁释放）。
线程A在第2阶段的A1执行类的初始化，并在第3阶段的A4释放锁；线程C在第5阶段的C1获取同一个锁，并在第5阶段的C4之后才开始访问这个类。根据Java内存模型规范的锁规则，将存在如下的happens-before关系。
这个happens-before关系将保证：线程A执行类的初始化时的写入操作，线程C一定能看到。