《深入理解java虚拟机》学习笔记——类加载机制

时间:2022-01-05 10:20:40

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。

1、类加载的时机

类加载到虚拟机内存再直到卸载出内存,生命周期包括加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载这7个阶段,其中加载、验证、准备、初始化这五个阶段是顺序进行的,也就是依次开始。

什么时候加载?虚拟机规范没有强制约束,虚拟机可以*实现。

什么时候初始化?这个严格规定了有且只有5种情况必须对类进行初始化。

1)遇到new、getstatic、putstatic、invokestatic这4条字节码指令时,如果类还没有初始化就触发初始化阶段。这4条指令最常见的场景是:new关键字实例化对象、读取或设置一个类的静态字段、调用一个类的静态方法。

2)使用reflect对类进行反射调用的时候

3)初始化一个类,但其父类还没有初始化,则先触发父类的初始化

4)虚拟机启动的时候,主类(包含了main方法)的初始化

5)JDK1.7 中动态语言支持的一些情况

Tips:对于静态字段,只有直接定义这个字段的类才会被初始化,因此通过子类引用父类中定义的静态字段只会触发父类的初始化;通过数组定义来引用类,不会触发此类的初始化,因为数组在java中也是一种对象(触发了数组类的初始化?);常量(static final修饰)在编译阶段会存入调用类的常量池中,本质上没有直接引用到定义常量的类,因此也不会触发定义常量类的初始化。

2、类加载的过程

加载阶段

加载阶段主要完成3件事情,1)通过类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流;2)将这个字节流代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构;3)在内存中生成一个代表这个类的Class对象,作为方法区的访问入口。

对于数组类本身不通过类加载器创建,它是由Java虚拟机直接创建的,但数组类的元素类型最终要靠类加载器去创建。

验证阶段

验证、准备、解析一起组成了连接阶段,验证是第一步,这一阶段是为了确保Class文件的字节流包含的信息符合当前虚拟机的要求,不会危害虚拟机安全。

验证阶段大致完成4个阶段的检验动作:

1)文件格式验证,验证字节流是否符合Class文件格式的规范;

2)元数据验证,对字节码描述的信息进行语义分析,如是否继承了final类,是否实现了抽象方法等;

3)字节码验证,对数据流和控制流分析,主要是对类的方法体校验,如保证方法体中类型转换是有效的等;

4)符号引用验证,如通过字符串描述的全限定名是否能找到对应的类,指定类中是否存在相应的字段和方法等,这一阶段会抛出NoSuchFieldError、NoSuchMethodError这些异常。

准备阶段

准备阶段是正式为类变量(被static修饰)分配内存并设置类变量初始值的阶段,这些变量所使用的内存将在方法区中分配,不包括实例变量,实例变量的分配在对象实例化时候进行。另外这个阶段只会初始化类变量,也就是给类变量一个默认值,具体的赋值在初始化阶段(类构造器<clinit>()方法)。

解析阶段

解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。

符号引用是一组符号来描述所引用的目标,其字面量形式明确定义在Java虚拟机规范的Class文件格式中;直接引用可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个能间接定位到目标的句柄。

初始化

类初始化是类加载过程的最后一步。在准备阶段为类变量分配空间,在初始化阶段对类变量初始化赋值,即初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法的过程。

  • <clinit>()方法是由编译器自动收集类中的所有变量的赋值动作和静态语句块(static{}块)中的语句合并产生的,编译器收集的顺序是语句在源文件中出现的顺序决定的,静态语句块中只能访问到定义在静态语句块之前的变量,定义在它之后的变量在之前可以访问但不能赋值;
  • <clinit>()方法与类构造函数(或者实例构造器<init>()方法)不同,它不需要显示调用父类构造器,虚拟机会保证在子类的<clinit>()方法执行之前父类的已经执行完毕;
  • 由于父类的<clinit>()方法先执行,意味着父类中定义的静态语句块要优先于子类的变量赋值操作;
  • <clinit>()方法对于类或者接口不是必须的,如果一个类没有静态语句块和变量的赋值操作,那编译器就可以不为这个类生成<clinit>()方法;
  • 虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确的加锁、同步。