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JVM类加载过程

Java 虚拟机把描述类的数据从 Class 文件加载到内存,并对数据进行校验、转换解析和初始化,最终形成可以被虚拟机直接使用的 Java 类型,这就是虚拟机的加载机制。

类加载过程

类从被加载到虚拟机内存中开始,到卸载出内存为止,它的整个生命周期包括:加载验证准备解析初始化使用卸载七个阶段。(验证、准备和解析又统称为连接,为了支持 Java 语言的运行时绑定,所以解析阶段也可以是在初始化之后进行的。(实际过程中是交叉的混合式进行的,加载过程中可能就已经开始验证了) https://cloud.ccczg.site/202205271705282.png

加载(Loadding): 通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流; 将这个字节流所代表的的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构; 在内存中生成一个代表这个类的 java.lang.Class 对象,作为方法区这个类的各种数据的访问入口; 连接(Linking)

  • 验证(Verify)
  1. 目的在于确保 Class 文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求,保证被加载类的正确性,不会危害虚拟机自身安全
  2. 主要包括四种验证,文件格式验证,元数据验证,字节码验证,符号引用验证
  • 准备(Prepare)
  1. 为类变量分配内存并且设置该类变量的默认初始值,即零值
  2. 这里不包含用 final 修饰的 static,因为 final 在编译的时候就会分配了,准备阶段会显示初始化
  3. 这里不会为实例变量分配初始化,类变量会分配在方法区中,而实例变量是会随着对象一起分配到 Java 堆中
private static int i = 1;  //变量i在准备阶只会被赋值为0,初始化时才会被赋值为1
private final static int j = 2;  //这里被final修饰的变量j,直接成为常量,编译时就会被分配为2
  • 解析(Resolve)
  1. 将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程
  2. 事实上,解析操作往往会伴随着 JVM 在执行完初始化之后再执行
  3. 符号引用就是一组符号来描述所引用的目标。符号引用的字面量形式明确定义在《Java虚拟机规范》的 Class文件格式中。直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄
  4. 解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型等。对应常量池中的CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等

初始化(Initialization):

  • 初始化阶段就是执行类构造器方法 () 的过程
  • 此方法不需要定义,是 javac 编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并而来
  • 构造器方法中指令按语句在源文件中出现的顺序执行
  • () 不同于类的构造器(构造器是虚拟机视角下的 ())
  • 若该类具有父类,JVM 会保证子类的 () 执行前,父类的 () 已经执行完毕
  • 虚拟机必须保证一个类的 () 方法在多线程下被同步加锁
public class ClassInitTest{
  private static int num1 = 30;
  static{
    num1 = 10;
    //num2写在定义变量之前,为什么不会报错呢??
    num2 = 10;     
    //這裡直接打印可以吗? 报错,非法的前向引用,可以赋值,但不可调用
    System.out.println(num2);   
  }
  //num2在准备阶段就被设置了默认初始值0,初始化阶段又将10改为20
  private static int num2 = 20;  
  public static void main(String[] args){
    System.out.println(num1);  //10
    System.out.println(num2);   //20
  }

类的使用(Using): Java 程序对类的使用方式分为:主动使用和被动使用。 虚拟机规范规定有且只有 5 种情况必须立即对类进行“初始化”,即类的主动使用。

  • 创建类的实例、访问某个类或接口的静态变量,或者对该静态变量赋值、调用类的静态方法(即遇到 new、getstatic、putstatic、invokestatic 这四条字节码指令时)
  • 反射
  • 初始化一个类的子类
  • Java 虚拟机启动时被标明为启动类的类
  • JDK7 开始提供的动态语言支持:java.lang.invoke.MethodHandle 实例的解析结果,REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic 句柄对应的类没有初始化,则初始化 除以上五种情况,其他使用 Java 类的方式被看作是对类的被动使用,都不会导致类的初始化。
public class NotInitialization {
    public static void main(String[] args) { 
        //只输出SupperClass int 123,不会输出SubClass init
        //对于静态字段,只有直接定义这个字段的类才会被初始化
        System.out.println(SubClass.value); 
    }
}
class SuperClass {
    static {
        System.out.println("SupperClass init");
    }
    public static int value = 123;
}
class SubClass extends SuperClass {
    static {
        System.out.println("SubClass init");
    }
}