JVM类生命周期概述:加载时机与加载过程

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  另有一三个白 .java文件在编译后该形成相应的另有一三个白 或多个Class文件,哪些Class文件中描述了类的各种信息,怎么让它们最终都需用被加载到虚拟机中要能被运行和使用。事实上,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,最终形成能只能被虚拟机直接使用的Java类型的过程就说 我虚拟机的类加载机制。本文概述了JVM加载类的时机和心命周期,并结合典型案例重点介绍了类的初始化过程,进而了解JVM类加载机制。

一、类加载机制概述

  亲们知道,另有一三个白 .java文件在编译后该形成相应的另有一三个白 或多个Class文件(若另有一三个白 类中中有 内内外部类,则编译后该产生多个Class文件),但哪些Class文件中描述的各种信息,最终都需用加载到虚拟机中就让要能被运行和使用。事实上,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,最终形成能只能被虚拟机直接使用的Java类型的过程就说 我虚拟机的 类加载机制。  

  与哪些在编译需用用进行连接工作的语言不同,在Java语言后面 ,类型的加载和连接后该在多多系统进程 运行期间完成,就让会在类加载时稍微增加怎么让 性能开销,怎么让却能为Java应用多多系统进程 提供强度的灵活性,Java中天生能只能动态扩展的语言行态多态就说 我依赖运行期动态加载和动态链接三种特点实现的。类似,由于 编写另有一三个白 使用接口的应用多多系统进程 ,能只能等到运行时再指定觉得际的实现。三种组装应用多多系统进程 的最好的办法广泛应用于Java多多系统进程 之中。

  既然原来,这麼,

  • 虚拟机哪些就让才会加载Class文件并初始化类呢?(类加载和初始化时机)
  • 虚拟机怎么加载另有一三个白 Class文件呢?(Java类加载的最好的办法:类加载器、双亲委派机制)
  • 虚拟机加载另有一三个白 Class文件要经历哪些具体的步骤呢?(类加载过程/步骤)

本文主要对第另有一三个白 和第另有一三个白 大难题进行阐述。


二. 类加载的时机 

  Java类从被加载到虚拟机内存中就让就让刚开始,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)七个阶段。其中准备、验证、解析一三个白每段统称为连接(Linking),如图所示:

  加载、验证、准备、初始化和卸载你你这种三个白阶段的顺序是选择的,类的加载过程需用按照三种顺序按部就班地就让就让刚开始,而解析阶段则不一定:它在怎么让 情况表下能只能在初始化阶段就让再就让就让刚开始,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)。以下陈述的内容都已HotSpot为基准。不怎么需用注意的是,类的加载过程需用按照三种顺序按部就班地“就让就让刚开始”,而后该按部就班的“进行”或“完成”,由于 哪些阶段通常后该相互交叉地混合式进行的,也就说 我说通常会在另有一三个白 阶段执行的过程中调用或激活另外另有一三个白 阶段。

  了解了Java类的生命周期就让,这麼亲们现在来回答第另有一三个白 大难题:虚拟机哪些就让才会加载Class文件并初始化类呢?

1、类加载时机

  哪些情况表下虚拟机需用就让就让刚开始加载另有一三个白 类呢?虚拟机规范中并这麼对此进行强制约束,这点能只能交给虚拟机的具体实现来自由把握。

2、类初始化时机

  这麼,哪些情况表下虚拟机需用就让就让刚开始初始化另有一三个白 类呢?这在虚拟机规范中是有严格规定的,虚拟机规范指明 有且只能 三种情况表需用立即对类进行初始化(而三种过程自然趋于稳定在加载、验证、准备就让):

  1) 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令(注意,newarray指令触发的就说 我数组类型三种的初始化,而不需要由于 其相关类型的初始化,比如,new String[]只会直接触发String[]类的初始化,也就说 我触发对类[Ljava.lang.String的初始化,而直接不需要触发String类的初始化)时,由于 类这麼进行过初始化,则需用先对其进行初始化。生成这四条指令的最常见的Java代码场景是:

  • 使用new关键字实例化对象的就让;
  • 读取或设置另有一三个白 类的静态字段(被final修饰,已在编译器把结果装在去常量池的静态字段除外)的就让;
  • 调用另有一三个白 类的静态最好的办法的就让。

  2) 使用java.lang.reflect包的最好的办法对类进行反射调用的就让,由于 类这麼进行过初始化,则需用先触发其初始化。

  3) 当初始化另有一三个白 类的就让,由于 发现其父类还这麼进行过初始化,则需用先触发其父类的初始化。

  4) 当虚拟机启动时,用户需用指定另有一三个白 要执行的主类(中有 main()最好的办法的那个类),虚拟由于 先初始化三种主类。

  5) 当使用jdk1.7动态语言支持时,由于 另有一三个白 java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getstatic,REF_putstatic,REF_invokeStatic的最好的办法句柄,怎么让三种最好的办法句柄所对应的类这麼进行初始化,则需用先出触发其初始化。

 注意,对于这三种会触发类进行初始化的场景,虚拟机规范中使用了另有一三个白 很强烈的限定语:“有且只能”,这三种场景中的行为称为对另有一三个白 类进行 主动引用。除此之外,所有引用类的最好的办法,后该会触发初始化,称为 被动引用。

  不怎么需用指出的是,类的实例化与类的初始化是另有一三个白 完全不同的概念:

  • 类的实例化是指创建另有一三个白 类的实例(对象)的过程;
  • 类的初始化是指为类中各个类成员(被static修饰的成员变量)赋初始值的过程,是类生命周期中的另有一三个白 阶段。

3、被动引用的几种经典场景

  1)、通过子类引用父类的静态字段,不需要由于 子类初始化

public class SSClass{
    static{
        System.out.println("SSClass");
    }
}  

public class SClass extends SSClass{
    static{
        System.out.println("SClass init!");
    }

    public static int value = 123;

    public SClass(){
        System.out.println("init SClass");
    }
}

public class SubClass extends SClass{
    static{
        System.out.println("SubClass init");
    }

    static int a;

    public SubClass(){
        System.out.println("init SubClass");
    }
}

public class NotInitialization{
    public static void main(String[] args){
        System.out.println(SubClass.value);
    }
}
/* Output: 
        SSClass
        SClass init!
        123     
 */

 对于静态字段,只能直接定义三种字段的类才会被初始化,怎么让通过其子类来引用父类中定义的静态字段,只会触发父类的初始化而不需要触发子类的初始化。在本例中,由于 value字段是在类SClass中定义的,怎么让该类会被初始化;此外,在初始化类SClass时,虚拟由于 发现其父类SSClass还未被初始化,怎么让虚拟机将先初始化父类SSClass,怎么让初始化子类SClass,而SubClass始终不需要被初始化。

 2)、通过数组定义来引用类,不需要触发此类的初始化

public class NotInitialization{
    public static void main(String[] args){
        SClass[] sca = new SClass[10];
    }
}

3)、常量在编译阶段会存入调用类的常量池中,本质上并这麼直接引用到定义常量的类,怎么让不需要触发定义常量的类的初始化

public class ConstClass{

    static{
        System.out.println("ConstClass init!");
    }

    public static  final String CONSTANT = "hello world";
}

public class NotInitialization{
    public static void main(String[] args){
        System.out.println(ConstClass.CONSTANT);
    }
}
/* Output: 
        hello world
 */

上述代码运行就让,只输出 “hello world”,这是由于 觉得在Java源码中引用了ConstClass类中的常量CONSTANT,怎么让编译阶段将此常量的值“hello world”存储到了NotInitialization常量池中,对常量ConstClass.CONSTANT的引用实际都被转化为NotInitialization类对自身常量池的引用了。也就说 我说,实际上NotInitialization的Class文件之中并这麼ConstClass类的符号引用入口,这另有一三个白 类在编译为Class文件就让就不趋于稳定关系了。


三. 类加载过程

  如上图所示,亲们在上文由于 提到过另有一三个白 类的生命周期包括加载(Loading)、验证(Verification)、准备(Preparation)、解析(Resolution)、初始化(Initialization)、使用(Using) 和 卸载(Unloading)七个阶段。现在亲们一一学习一下JVM在加载、验证、准备、解析和初始化一三个白阶段是怎么对每个类进行操作的。

1、加载  

  加载是类加载过程中的另有一三个白 阶段, 三种阶段会在内存中生成另有一三个白 代表三种类的 java.lang.Class 对作为最好的办法区三种类的各种数据的入口。注意这里不一定非得要从另有一三个白 Class 文件获取,这里既能只能从 ZIP 包中读取(比如从 jar 包和 war 包中读取),要能只能在运行时计算生成(动态代理),要能只能由其它文件生成(比如将 JSP 文件转加进去对应的 Class 类)。 

2、验证

  三种阶段的主要目的是为了确保 Class 文件的字节流中中有 的信息是是不是符合当前虚拟机的要求,并且不需要危害虚拟机自身的安全。

3、准备

  准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量的初始值阶段,即在最好的办法区中分配哪些变量所使用的内存空间。注意这里所说的初始值概念,比如另有一三个白 类变量定义为 

public static int v = 100100;

实际上变量 v 在准备阶段就让的初始值为 0 而后该 100100, 将 v 赋值为 100100 的 put static 指令是多多系统进程 被编译后, 存放于类构造器<client>最好的办法之中怎么让注意由于 声明为 

public static final int v = 100100;

在编译阶段会为 v 生成 ConstantValue 属性,在准备阶段虚拟由于 根据 ConstantValue 属性将 v赋值为 100100。 

4、解析

解析阶段是指虚拟机将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程。符号引用就说 我 class 文件中的:

  1. CONSTANT_Class_info

  2. CONSTANT_Field_info

  3. CONSTANT_Method_info等类型的常量。 

4.1 符号引用

   符号引用与虚拟机实现的布局无关, 引用的目标好的反义词要由于 加载到内存中各种虚拟机实现的内存布局能只能各不相同,怎么让它们能接受的符号引用需用是一致的,由于 符号引用的字面量形式明选择义在 Java 虚拟机规范的 Class 文件格式中 

 4.2 直接引用

   直接引用能只能是指向目标的指针,相对偏移量或是另有一三个白 能间接定位到目标的句柄。由于 有了直接引用,那引用的目标必定由于 在内存中趋于稳定。 

5、初始化

  初始化阶段是类加载最后另有一三个白 阶段,前面的类加载阶段就让,除了在加载阶段能只能自定义类加载器以外,其它操作都由 JVM 主导。到了初始阶段,才就让就让刚开始真正执行类中定义的 Java 多多系统进程 代码 。初始化阶段是执行类构造器<client>最好的办法的过程。 <client>最好的办法是由编译器自动分派类中的类变量的赋值操作和静态得话块中的得话合并而成的。虚拟由于 保证子<client>最好的办法执行就让,父类的<client>最好的办法由于 执行完毕, 由于 另有一三个白 类中这麼对静态变量赋值也这麼静态得话块,这麼编译器能只能不为三种类生成<client>()最好的办法 

 注意以下几种情况表不需要执行类初始化:

  1. 通过子类引用父类的静态字段,只会触发父类的初始化,而不需要触发子类的初始化。

  2. 定义对象数组,不需要触发该类的初始化。

  3. 常量在编译期间会存入调用类的常量池中,本质上并这麼直接引用定义常量的类,不需要触

     发定义常量所在的类。

  4. 通过类名获取 Class 对象,不需要触发类的初始化。

  5. 通过 Class.forName 加载指定类时,由于 指定参数 initialize 为 false 时,就说 我会触发类初

   始化,觉得三种参数是告诉虚拟机,是是不是要对类进行初始化。

  6.
通过 ClassLoader 默认的 loadClass 最好的办法,就说 我会触发初始化动作。

   虚拟由于 保证另有一三个白 类的类构造器<clinit>()在多多系统进程 环境中被正确的加锁、同步,由于 多个多系统进程 一起初始化另有一三个白 类,这麼只会有另有一三个白 多系统进程 去执行三种类的类构造器<clinit>(),怎么让 多系统进程 都需用阻塞等待,直到活动多系统进程 执行<clinit>()最好的办法完毕。不怎么需用注意的是,在三种情况表下,怎么让 多系统进程 觉得会被阻塞,但由于 执行<clinit>()最好的办法的那条多系统进程 退出后,怎么让 多系统进程 在唤醒就让不需要再次进入/执行<clinit>()最好的办法,由于 在同另有一三个白 类加载器下,另有一三个白 类型只会被初始化一次。由于 在另有一三个白 类的<clinit>()最好的办法中有 耗时很长的操作,就由于 造成多个多系统进程 阻塞,在实际应用中三种阻塞往往是隐藏的,如下所示:

public class DealLoopTest {
    static{
        System.out.println("DealLoopTest...");
    }
    static class DeadLoopClass {
        static {
            if (true) {
                System.out.println(Thread.currentThread()
                        + "init DeadLoopClass");
                while (true) {      // 模拟耗时很长的操作
                }
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        Runnable script = new Runnable() {   // 匿名内内外部类
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread() + " start");
                DeadLoopClass dlc = new DeadLoopClass();
                System.out.println(Thread.currentThread() + " run over");
            }
        };

        Thread thread1 = new Thread(script);
        Thread thread2 = new Thread(script);
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}
/* Output: 
        DealLoopTest...
        Thread[Thread-1,5,main] start
        Thread[Thread-0,5,main] start
        Thread[Thread-1,5,main]init DeadLoopClass
 */

如上述代码所示,在初始化DeadLoopClass类时,多系统进程 Thread-1得到执行并在执行三种类的类构造器<clinit>() 时,由于 该最好的办法中有 另有一三个白 死循环,怎么让久久只能退出。


四. 典型案例分析  

  在Java中, 创建另有一三个白 对象常常需用经历如下哪几个过程:父类的类构造器<clinit>() -> 子类的类构造器<clinit>() -> 父类的成员变量和实例代码块 -> 父类的构造函数 -> 子类的成员变量和实例代码块 -> 子类的构造函数。

这麼,亲们看看下面的多多系统进程 的输出结果:

public class StaticTest {
    public static void main(String[] args) {
        staticFunction();
    }

    static StaticTest st = new StaticTest();

    static {   //静态代码块
        System.out.println("1");
    }

    {       // 实例代码块
        System.out.println("2");
    }

    StaticTest() {    // 实例构造器
        System.out.println("3");
        System.out.println("a=" + a + ",b=" + b);
    }

    public static void staticFunction() {   // 静态最好的办法
        System.out.println("4");
    }

    int a = 110;    // 实例变量
    static int b = 112;     // 静态变量
}
/* Output: 
        2
        3
        a=110,b=0
        1
        4
 */

亲们能得到正确答案吗?觉得笔者勉强猜出了正确答案,但总感觉不怎么。由于 在初始化阶段,当JVM对类StaticTest进行初始化时,首先会执行下面的得话:

static StaticTest st = new StaticTest();

也就说 我实例化StaticTest对象,但三种就让类都这麼初始化完毕啊,能直接进行实例化吗?事实上,这涉及到另有一三个白 根本大难题就说 我:实例初始化不一定要在类初始化就让就让刚开始就让才就让就让刚开始初始化。 下面亲们结合类的加载过程说明三种大难题。

  亲们知道,类的生命周期是:加载->验证->准备->解析->初始化->使用->卸载,怎么让只能在准备阶段和初始化阶段才会涉及类变量的初始化和赋值,怎么让亲们只针对这另有一三个白 阶段进行分析:

  首先,在类的准备阶段需用做的是为类变量(static变量)分配内存并设置默认值(零值),怎么让在该阶段就让就让刚开始后,类变量st将变为null、b变为0。不怎么需用注意的是,由于 类变量是final的,这麼编译器在编译时就会为value生成ConstantValue属性,并在准备阶段虚拟机就会根据ConstantValue的设置将变量设置为指定的值。也就说 我说,由于 上述程度对变量b采用如下定义最好的办法时:

 这麼,在准备阶段b的值就说 我112,而不再是0了。

  此外,在类的初始化阶段需用做的是执行类构造器<clinit>(),需用指出的是,类构造器本质上是编译器分派所有静态得话块和类变量的赋值得话按得话在源码中的顺序合并生成类构造器<clinit>()。怎么让,对上述多多系统进程 而言,JVM将先执行第三根静态变量的赋值得话:

  在类都这麼初始化完毕就让,能直接进行实例化相应的对象吗?

  事实上,从Java强度看,亲们知道另有一三个白 类初始化的基本常识,那就说 我:在同另有一三个白 类加载器下,另有一三个白 类型只会被初始化一次。就说 ,一旦就让就让刚开始初始化另有一三个白 类型,无论是是不是完成,后续后该会再重新触发该类型的初始化阶段了(只考虑在同另有一三个白 类加载器下的情况表)。怎么让,在实例化上述多多系统进程 中的st变量时,实际上是把实例初始化嵌入到了静态初始化流程中,怎么让在后面 的多多系统进程 中,嵌入到了静态初始化的起始位置。这就由于 了实例初始化完全趋于稳定在静态初始化就让,当然,这也是由于 a为110b为0的由于 。

  怎么让,上述多多系统进程 的StaticTest类构造器<clinit>()的实现等价于:

public class StaticTest {
    <clinit>(){
        a = 110;    // 实例变量
        System.out.println("2");        // 实例代码块
        System.out.println("3");     // 实例构造器中代码的执行
        System.out.println("a=" + a + ",b=" + b);  // 实例构造器中代码的执行
        类变量st被初始化
        System.out.println("1");        //静态代码块
        类变量b被初始化为112
    }
}

怎么让,上述多多系统进程 会有后面 的输出结果。下面,亲们对上述多多系统进程 稍作改动,在多多系统进程 最后的一行,增加以下代码行:

 static StaticTest st1 = new StaticTest();

这麼,此时多多系统进程 的输出又是哪些呢?由于 你对上述的内容理解很好得话,先要得出结论(只能执行完上述代码行后,StaticTest类才被初始化完成),即:

2
3
a=110,b=0
1
2
3
a=110,b=112
4

这麼下面的多多系统进程 的执行结果是哪些呢???

class Foo {
    int i = 1;

    Foo() {
        System.out.println(i);             
        int x = getValue();
        System.out.println(x);            
    }

    {
        i = 2;
    }

    protected int getValue() {
        return i;
    }
}

//子类
class Bar extends Foo {
    int j = 1;

    Bar() {
        j = 2;
    }

    {
        j = 3;
    }

    @Override
    protected int getValue() {
        return j;
    }
}

public class ConstructorExample {
    public static void main(String... args) {
        Bar bar = new Bar();
        System.out.println(bar.getValue());        
    }
}

在创建对象前,先进行类的初始化,类的初始化会将所有非静态代码块分派起来先执行,而父类需用先于子类初始化,就说 父类静态代码块先执行,接着是子类静态代码块。此时类初始化完成。接下来要创建子类实例,子类通过super()调用父类构造最好的办法,在执行构造最好的办法就让要先执行非静态代码块,就说 顺序是 父类非静态代码块 》 父类构造函数 》 子类非静态代码块 》 子类构造函数

运行多多系统进程 ,就知道结果。就说 真正理解类的实例化过程,类似大难题不需要再难道亲们了!