局部变量为什么必须赋值才可以使用

青旅半醒 2023-09-30 15:46 15阅读 0赞

> 在java内存模型中规定，一个新的变量只能在主存中初始化，不允许在工作内存中直接使用一个未被初始化的变量。 工作内存可以理解为局部变量定义的内存区域，也就是线程的工作内存。所谓局部变量就是线程私有的不共享的空间。

### 类加载准备阶段 类变量赋值 ###

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### 关键词 ###

*  加载阶段>链接阶段（验证，准备，解析）>初始化阶段
 *  在链接得准备阶段进行静态变量得默认值赋值操作

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### 一、面试题：请回答，下面两段代码得执行结果 ###

public class A {
        
        
        static int a ;
        public static void main(String[] args) {
        
          System.out.println(a);
       }
        
    }
    
    public class B {
        
        
      public static void main(String[] args) {
        
        int a ;
        System.out.println(a);
      }
        
    }

### 二、回答 ###

*  程序1：输出 0
 *  程序2：**无法通过编译**

### 三、剖析 ###

#### 1. 类加载子系统介绍 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA56m_5Z-O5aSn6aW8_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]  
1、类加载子系统负责从文件系统或是网络中加载.class文件，class文件在文件开头有特定的文件标识。

2、**把加载后的class类信息存放于方法区**，除了类信息之外，方法区还会存放运行时常量池信息，可能还包括字符串字面量和数字常量（这部分常量信息是Class文件中常量池部分的内存映射）；

3、ClassLoader **只负责class文件的加载** ，至于它是否可以运行，则由Execution Engine决定；

4、如果调用构造器实例化对象，则该对象存放在堆区；

#### 2. 类加载的执行过程 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA56m_5Z-O5aSn6aW8_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1]我们写的程序经过编译后成为了.class文件，.class文件中描述了类的各种信息，最终都需要加载到虚拟机之后才能运行和使用。而虚拟机如何加载这些.class文件？.class文件的信息进入到虚拟机后会发生什么变化

**类使用的7个阶段**  
类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存，它的整个生命周期包括：

*  加载（Loading）、
 *  验证（Verification）、
 *  准备（Preparation）、
 *  解析（Resolution）、
 *  初始化（Initiallization）、
 *  使用（Using）
 *  卸载（Unloading）

这7个阶段。其中验证、准备、解析3个部分统称为连接（Linking）

#### 3. 加载 ####

加载是类加载的第一个阶段。有两种时机会触发类加载：

> 1）预加载

虚拟机启动时加载，加载的是JAVA\_HOME/lib/下的**rt.jar**下的.class文件，这个jar包里面的内容是程序运行时非常常常用到的，像java.lang.\*、java.util.、 java.io. 等等，因此随着虚拟机一起加载。

> 2）运行时加载

虚拟机在用到一个.class文件的时候，会先去内存中查看一下这个.class文件有没有被加载，如果没有就会按照类的全限定名来加载这个类。

那么，加载阶段做了什么，其实加载阶段做了有三件事情：

*  获取.class文件的二进制流
 *  将类信息、静态变量、字节码、常量这些.class文件中的内容放入方法区中
 *  在内存中**生成一个代表这个.class文件的java.lang.Class对象**，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。一般这个Class是在堆里的，不过**HotSpot虚拟机比较特殊，这个Class对象是放在方法区中的**

#### 4. 链接（ 面试题得考点 ） ####

链接包含三个步骤： **分别是 验证Verification , 准备Preparation , 解析Resolution** 三个过程

> 1）验证Verification

连接阶段的第一步，这一阶段的目的是为了确保.class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且**不**  
**会危害虚拟机自身的安全**。

Java语言本身是相对安全的语言（相对C/C++来说），但是前面说过，.class文件未必要从Java源码编译而来，可以使用任何途径产生，甚至包括用十六进制编辑器直接编写来产生.class文件。在字节码语言层面上，Java代码至少从语义上是可以表达出来的。虚拟机如果不检查输入的字节流，对其完全信任的话，很可能会因为载入了有害的字节流而导致系统崩溃，所以验证是虚拟机对自身保护的一项重要工作。

验证阶段将做一下几个工作，具体就不细讲了，这是虚拟机实现层面的问题：

*  文件格式验证
 *  元数据验证
 *  字节码验证
 *  符号引用验证

> 2）准备Preparation

准备阶段是正式**为类变量分配内存并设置其初始值的阶段**，这些变量所使用的内存都将在方法区中分配。关于这点，有两个地方注意一下：

*  这时候进行内存分配的仅仅是类变量（被static修饰的变量），而不是实例变量，实例变量将会在对象实例化的时候随着对象一起分配在Java堆中
 *  这个阶段赋初始值的变量指的是那些不被final修饰的static变量，比如"public static int value = 666"，value在准备阶段过后是0而不是666，给value赋值为666的动作将在初始化阶段才进行；比如"public static final int value =666;"就不一样了，在准备阶段，虚拟机就会给value赋值为666。

**注意** :  
这是因为局部变量不像**类变量那样存在准备阶段**。  
类变量有**两次赋初始值的过程**

*  一次在准备阶段，赋予初始值（也可以是指定值）
 *  另外一次在初始化阶段，赋予程序员定义的值

因此，即使程序员没有为类变量赋值也没有关系，它仍然有一个默认的初始值。但局部变量就不一样了，如果没有给它赋初始值，是不能使用的。

### 四、总结 ###

*  类变量在准备阶段进行了默认值赋值操作，后续初始化阶段不进行赋值操作也有默认值，因此程序可以正常运行
 *  局部变量在准备阶段不会进行初始值操作，后续初始化阶段也不赋值则不能使用，编译失败

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### 1、成员变量 ###

成员变量有默认初始值，而方法内的局部变量却没有初始值。这个问题涉及到**JVM类加载**和**字节码执行**两个阶段，这两个阶段是依次执行的。

JVM类加载是JVM利用类加载器将class文件加载到JVM的过程，涉及“加载”、“验证”、“”准备“、“”解析“和”初始化“。  
一、类的成员变量初始化 —在JVM类加载阶段完成

类的成员变量又分为静态成员变量和非静态成员变量。

**静态成员变量**

静态成员变量会被初始化两次，第一次在“准备”阶段，先进行一次初始化，系统附上默认值；第二次在“初始化”阶段，根据代码中的赋值情况再进行一次初始化。

例如：

public static int i =3 ;

第一次初始化后i的值为0，第二次初始化后，值才为3.

数据最终存放在方法区中。

**非静态成员变量**

仅“初始化”阶段赋值。根据代码中的赋值情况，代码不赋值直接赋默认值，有赋值则等于代码中的赋值。对象实例化后，该变量随java对象分配到java堆中。

### 2、局部变量 ###

当我们新建一个对象时，Java会在Heap中申请一块内存区域用以存放类的数据。而成员变量就是类的数据，也是放在这块内存区域中的。

只需要JVM在申请内存的时候顺便把整块区域都置为零即可完成初始化，方便快捷。  
而对于方法的局部变量，是在线程的Stack中，当然Stack他也可以帮我们初始化，不过有一个问题。

对于有些局部变量，在方法的一开始是没有的，有些在循环中的局部变量是要反复的声明多次的。有些局部变量作用域结束后，另一个局部变量又会占用这个局部变量的位置。  
那么初始化要放在何时呢？当然JVM可以帮我们初始化多次，不过那样或许会带来性能问题。

for (int i = 0; i < 10; i++) {
        
        int n;
        if (i % 2 == 0) {
        
            n = 10;
        } else {
        
            n = 20;
        }
    }

像是这个n，我们完全不用JVM帮我们初始化，如果每次循环他都帮我们初始化一次，那么是没有必要的。综上所述，对于局部变量，可能不帮我们初始化是一个不错的选择。（而且JVM实现起来也更容易！！！）

### 3、总结 ###

套用《Thinking in Java》作者Bruce Eckel的话

**编译器当然可以为局部变量附一个默认值，但是未初始化的局部变量更有可能是程序员的疏忽，所以采用默认值范围会掩盖这种失误。因此强制程序员提供一个初始值，往往能够帮助找出程序里的缺陷。**

总结一下，为什么局部变量需要手动初始化？**从技术上来讲，局部变量一般来说总量大，生命周期短，JVM进行初始话开销较大；从业务上讲，局部变量一般用于实际问题下的运算，很少会用到默认值，赋值意义不大；从编程思想上讲，局部变量不初始化，而是报错提醒，更有助于程序员减少开发过程中出现缺陷的可能**

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