JVM/JLS是否明确规定未执行代码路径中的类永远不会被加载？

问题描述 #

给出如下使用Java 8 Optional的类：

final class Main {
    public static void main(final String[] args) {
        System.out.println(Optional.of("test").get());
    }
}

若使用Java 8编译器以Java 7字节码为目标进行编译：

javac -target 1.7 -source 1.7 Main.java

在Java 7 JVM上运行时，main方法会抛出包裹了java.util.Optional对应的ClassNotFoundException的NoClassDefFoundError，符合预期。

但如果在使用前通过反射校验Optional类是否可用，代码如下：

final class Main {
    public static void main(final String[] args) {
        if (isOptionalAvailable()) {
            System.out.println(Optional.of("test").get());
        } else {
            System.out.println("Optional not found.");
        }
    }

    private static boolean isOptionalAvailable() {
        try {
            Class.forName("java.util.Optional");
            return true;
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            return false;
        }
    }
}

在Java 7 JVM上运行该代码不会抛出任何错误，输出为：

Optional not found.

我查阅了JVM规范的「第5章 加载、链接与初始化」和JLS的「15.12.4 方法调用的运行时求值」章节，但未找到规范中要求方法内局部使用的类必须懒加载的相关规定。目前该行为在Oracle、IBM、OpenJDK上表现一致，我想确认：

• 这种行为是JVM或JLS规范强制要求的吗？
• 是否存在JVM实现会即使类只出现在未执行的代码路径中也会提前加载它？
• 该行为是规范要求还是通用实现细节？

回答 #

• 你观察到的未执行路径中的类不会被提前加载的行为不是JVM或JLS规范的强制要求
  JVM规范仅对类的初始化时机做了严格约束：只有当类被实例化、类的静态方法被调用、类的静态字段被读写、被反射调用、其子类被初始化这些特定场景发生时，才必须完成类的初始化操作。但类的加载、链接阶段的时机完全由JVM实现自行决定，规范允许JVM提前加载字节码中引用的所有类，哪怕对应代码路径永远不会被执行。
• 确实存在会提前加载未执行路径类的JVM实现
  部分嵌入式场景的轻量化JVM、开启了类预加载优化的定制JVM，或者采用全程序AOT编译的运行时，会在启动阶段或者方法所属类加载时，就提前加载该方法字节码内引用的所有类。这种场景下即使你加了反射校验的分支，只要java.util.Optional不存在，运行时就会直接抛出NoClassDefFoundError。不过这类实现大多用于特定领域，目前主流的桌面、服务器端JVM（OpenJDK HotSpot、Oracle JDK、OpenJ9、IBM JDK等）都默认不会开启这类提前加载逻辑。
• 你在主流JVM上观察到的懒加载表现是通用实现约定，而非强制规范
  主流JVM默认采用按执行路径懒加载类的策略，核心是为了降低启动开销、避免加载无用类浪费内存。正是因为这个普遍的实现约定，业内跨JDK版本兼容的通用框架普遍采用「反射判断类是否存在→执行对应版本的分支逻辑」的写法，这类兼容逻辑在绝大多数生产环境的JVM上都可以正常运行。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者stiemannkj1