(四)Class 对象在执行引擎中的初始化过程

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class 文件加载到内存的步骤

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装载

装载是指 Java 虚拟机查找 .class 文件并生成字节流,然后根据字节流创建 java.lang.Class 对象的过程。

  1. ClassLoader通过一个类的全限定名(包名+类名)来查找.class文件,并生成二进制字节流:其中class字节码文件的来源可以是jar包、zip 包,或者是来源于网络的字节流。

  2. 把 .class 文件的各个部分分别解析(parse)为 JVM 内部特定的数据结构,并存储在方法区。

  3. 在内存中创建一个 java.lang.Class 类型的对象:接下来程序在运行过程中所有对该类的访问都通过这个类对象,也就是这个 Class 类型的类对象是提供给外界访问该类的接口。

加载时机

一个项目经过编译之后,往往会生成大量的 .class 文件。当程序运行时,JVM 并不会一次性的将这些 .class 文件全部加载到内存中。

  • 隐式装载:当碰到通过 new 等方式生成对象时,系统会隐式调用 ClassLoader 去装载对应的 class 到内存中;
  • 显示装载:在编写源代码时,主动调用 Class.forName() 等方法也会进行 class 装载操作,这种方式通常称为显示装载。

链接

链接过程分为 3 步:验证、准备、解析。

验证
  1. 文件格式检验:检验字节流是否符合class文件格式的规范,并且能被当前版本的虚拟机处理。

  2. 元数据检验:对字节码描述的信息进行语义分析,以保证其描述的内容符合Java语言规范的要求。

  3. 字节码检验:通过数据流和控制流分析,确定程序语义是合法、符合逻辑的。

  4. 符号引用检验:符号引用检验可以看作是对类自身以外(常量池中的各种符号引用)的信息进行匹配性校验。

准备

这一阶段的主要目的是为类中的静态变量分配内存,此阶段进行内存分配的仅包括类变量,而不包括实例变量(实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在 Java 堆中)。

解析

一阶段的任务是把常量池中的符号引用转换为直接引用,也就是具体的内存地址。在这一阶段,JVM 会将常量池中的类、接口名、字段名、方法名等转换为具体的内存地址。


初始化

这一阶段是执行类构造器方法的过程,并真正初始化类变量。

初始化的时机

JVM 规范中严格规定了 class 初始化的时机,主要有以下几种情况会触发 class 的初始化:

1.虚拟机启动时,初始化包含main方法的主类;

2.遇到new指令创建对象实例时,如果目标对象类没有被初始化则进行初始化操作;

3.当遇到访问静态方法或者静态字段的指令时,如果目标对象类没有被初始化则进行初始化操作;

4.子类的初始化过程如果发现其父类还没有进行过初始化,则需要先触发其父类的初始化;

5.使用反射API进行反射调用时,如果类没有进行过初始化则需要先触发其初始化;

6.第一次调用 java.lang.invoke.MethodHandle 实例时,需要初始化 MethodHandle 指向方法所在的类。

初始化顺序

静态变量/静态代码块 -> 普通代码块 -> 构造函数

  1. 父类静态变量和静态代码块;

  2. 子类静态变量和静态代码块;

  3. 父类普通成员变量和普通代码块;

  4. 父类的构造函数;

  5. 子类普通成员变量和普通代码块;

  6. 子类的构造函数。


总结:

.class文件被加载到内存中所经过的详细过程,主要分3大步:装载、链接、初始化。其中链接中又包含验证、准备、解析3小步。

  • 装载:指查找字节流,并根据此字节流创建类的过程。装载过程成功的标志就是在方法区中成功创建了类所对应的 Class 对象。

  • 链接:指验证创建的类,并将其解析到 JVM 中使之能够被 JVM 执行。

  • 初始化:则是将标记为 static 的字段进行赋值,并且执行 static 标记的代码语句 。