JVM--类的加载时机

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1.类的生命周期

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(Loading)、验证(Verification)、准备(Preparation)、解析(Resolution)、初始化 (Initialization)、使用(Using)和卸载(Unloading)7个阶段。其中验证、准备、解析3个 部分统称为连接(Linking)

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加载、验证、准备、初始化和卸载这5个阶段的顺序是确定的,类的加载过程必须按照这种顺序按部就班地开始,而解析阶段则不一定:它在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始,这是为了支持Java语言的运行时绑定(也称为动态绑定或晚期绑定)

有且只有5种情况必须立即对类进行“初始化”

1)遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这4条字节码指令时,如果类没有进行过初 始化,则需要先触发其初始化。生成这4条指令的最常见的Java代码场景是:使用new关键字实例化对象的时候、读取或设置一个类的静态字段(被final修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外)的时候,以及调用一个类的静态方法的时候。

2)使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候,如果类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。

3)当初始化一个类的时候,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。

4)当虚拟机启动时,用户需要指定一个要执行的主类(包含main()方法的那个类),虚拟机会先初始化这个主类。

5)当使用JDK 1.7的动态语言支持时,如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄,并且这个方法句柄

所对应的类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。

2.类的加载过程

1. 加载:在这个阶段jvm主要完成三件事:

  • 通过类的全限定名来获取其定义的二进制字节流
  • 将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区运行时数据结构
  • 在堆中生成一个代表这个类的class对象,作为方法区中这些数据访问入口

相对于类加载的其他阶段,加载阶段是可控性最强的阶段,因为我们可以使用系统的类加载器加载,也可以使用自定义的类加载器加载。

2. 验证: 主要作用就是确保被加载的类的正确性,也是连接阶段的第一步。即判断加载好的class文件不能对jvm有危害,它主要完成四个方面的验证

  • 文件格式验证:验证.class文件字节流是否符合class文件的格式规范,并且能够被当前版本的虚拟机处理。这里面主要对魔数、主版本号、常量池等等的校验。
  • 元数据验证:主要是对字节码描述的信息进行语义分析,以保证其描述的信息符合java语言规范的要求,比如说验证这个类是不是有父类,类中的字段方法是不是和父类冲突等等。
  • 字节码验证:这是整个验证过程最复杂的阶段,主要是通过数据流和控制流分析,确定程序语义是合法的、符合逻辑的。在元数据验证阶段对数据类型做出验证后,这个阶段主要对类的方法做出分析,保证类的方法在运行时不会做出威海虚拟机安全的事。
  • 符号引用验证:它是验证的最后一个阶段,发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候。主要是对类自身以外的信息进行校验。目的是确保解析动作能够完成。

对整个类加载机制而言,验证阶段是一个很重要但是非必需的阶段,如果我们的代码能够确保没有问题,那么我们就没有必要去验证,毕竟验证需要花费一定的的时间。当然我们可以使用-Xverfity:none来关闭大部分的验证。

3. 准备:主要为类变量分配内存并设置初始值。这些内存都在方法区分配。在这个阶段我们需要注意两类变量和初始值这两个关键词:

  • 类变量(static)会分配内存,但是实例变量不会,实例变量主要随着对象的实例化一块分配到java堆中,
  • 这里的初始值指的是数据类型默认值,而不是代码中被显示赋予的值

4. 解析:主要是jvm将常量池中的符号引用转化为直接引用的过程。

  • 符号引用:以一组符号来描述所引用的目标,可以是任何形式的字面量,只要是能无歧义的定位到目标就好,就好比在工作中,可以用cherry(你的英文名字)代表你,也可用工号来代表你,但无论任何方式这些都只是一个代号(符号),这个代号指向你(符号引用)
  • 直接引用:直接引用是可以指向目标的指针、相对偏移量或者是一个能直接或间接定位到目标的句柄。和虚拟机实现的内存有关,不同的虚拟机直接引用一般不同。

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、方法句柄和调用点限定符7类符号引用进行。

5. 初始化: 在这个阶段,java程序代码才开始真正执行。我们知道,在准备阶段已经为类变量赋过一次值。在初始化阶端,程序员可以根据自己的需求来赋值了。一句话描述这个阶段就是执行类构造器< clinit >()方法的过程。

在初始化阶段,主要为类的静态变量赋予正确的初始值,JVM负责对类进行初始化,主要对类变量进行初始化。在Java中对类变量进行初始值设定有两种方式:

  • 声明类变量是指定初始值
  • 使用静态代码块为类变量指定初始值