JVM类生命周期概述:加载时机与加载过程

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  曾经.java文件在编译都不 形成相应的曾经或多个Class文件,哪2个Class文件中描述了类的各种信息,因此它们最终都前要被加载到虚拟机中都可不里能被运行和使用。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,最终形成都可不里能被虚拟机直接使用的Java类型的过程要是我 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,曾经.java文件在编译都不 形成相应的曾经或多个Class文件(若曾经类含晒 晒 内控 类,则编译都不 产生多个Class文件),但哪2个Class文件中描述的各种信息,最终都前要加载到虚拟机中以后都可不里能被运行和使用。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,最终形成都可不里能被虚拟机直接使用的Java类型的过程要是我 虚拟机的 类加载机制。  

  与哪2个在编译时前要进行连接工作的语言不同,在Java语言里边,类型的加载和连接都不 在应用程序期间完成,曾经会在类加载时稍微增加这一性能开销,因此却能为Java应用程序提供高度的灵活性,Java中天生都可不里能动态扩展的语言形态学 多态要是我 依赖运行期动态加载和动态链接这一特点实现的。类事,肯能编写曾经使用接口的应用程序,都可不里能等到运行时再指定确实际的实现。这一组装应用程序的最好的办法广泛应用于Java应用程序之中。

  既然曾经,很难,

  • 虚拟机哪2个以后才会加载Class文件并初始化类呢?(类加载和初始化时机)
  • 虚拟机咋样加载曾经Class文件呢?(Java类加载的最好的办法:类加载器、双亲委派机制)
  • 虚拟机加载曾经Class文件要经历哪2个具体的步骤呢?(类加载过程/步骤)

本文主要对第曾经和第曾经问题报告 进行阐述。


二. 类加载的时机 

  Java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)七个阶段。其中准备、验证、解析六个每种统称为连接(Linking),如图所示:

  加载、验证、准备、初始化和卸载这六个阶段的顺序是选折 的,类的加载过程前要按照这一顺序按部就班地开始,而解析阶段则不一定:它在这一状态下都可不里能在初始化阶段以后再开始,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)。以下陈述的内容都已HotSpot为基准。很糙前要注意的是,类的加载过程前要按照这一顺序按部就班地“开始”,而都不 按部就班的“进行”或“完成”,肯能哪2个阶段通常都不 相互交叉地混合式进行的,也却语录通常会在曾经阶段执行的过程中调用或激活另外曾经阶段。

  了解了Java类的生命周期以后,很难亲们现在来回答第曾经问题报告 :虚拟机哪2个以后才会加载Class文件并初始化类呢?

1、类加载时机

  哪2个状态下虚拟机前要开始加载曾经类呢?虚拟机规范中并很难对此进行强制约束,这点都可不里能交给虚拟机的具体实现来自由把握。

2、类初始化时机

  很难,哪2个状态下虚拟机前要开始初始化曾经类呢?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 一种状态前要立即对类进行初始化(而这一过程自然占据 在加载、验证、准备以后):

  1) 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令(注意,newarray指令触发的要是我 数组类型一种的初始化,而不要再意味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,也要是我 触发对类[Ljava.lang.String的初始化,而直接不要再触发String类的初始化)时,肯能类很难进行过初始化,则前要先对其进行初始化。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以后;
  • 读取或设置曾经类的静态字段(被final修饰,已在编译器把结果放上常量池的静态字段除外)的以后;
  • 调用曾经类的静态最好的办法的以后。

  2) 使用java.lang.reflect包的最好的办法对类进行反射调用的以后,肯能类很难进行过初始化,则前要先触发其初始化。

  3) 当初始化曾经类的以后,肯能发现其父类还很难进行过初始化,则前要先触发其父类的初始化。

  4) 当虚拟机启动时,用户前要指定曾经要执行的主类(含晒 main()最好的办法的那个类),虚拟肯能先初始化这一主类。

  5) 当使用jdk1.7动态语言支持时,肯能曾经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,因此这一最好的办法句柄所对应的类很难进行初始化,则前要先出触发其初始化。

 注意,对于这一种会触发类进行初始化的场景,虚拟机规范中使用了曾经很强烈的限定语:“有且只能”,这一种场景中的行为称为对曾经类进行 主动引用。除此之外,所有引用类的最好的办法,都不 会触发初始化,称为 被动引用。

  很糙前要指出的是,类的实例化与类的初始化是曾经全版不同的概念:

  • 类的实例化是指创建曾经类的实例(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,是类生命周期中的曾经阶段。

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,不要再意味子类初始化

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,只能直接定义这一字段的类才会被初始化,因此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要再触发子类的初始化。在本例中,肯能value字段是在类SClass中定义的,因此该类会被初始化;此外,在初始化类SClass时,虚拟肯能发现其父类SSClass还未被初始化,因此虚拟机将先初始化父类SSClass,因此初始化子类SClass,而SubClass始终不要再被初始化。

 2)、通过数组定义来引用类,不要再触发此类的初始化

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,本质上并很难直接引用到定义常量的类,因此不要再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
 */

上述代码运行以后,只输出 “hello world”,这是肯能确实在Java源码中引用了ConstClass类中的常量CONSTANT,因此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。也却语录,实际上NotInitialization的Class文件之中并很难ConstClass类的符号引用入口,这曾经类在编译为Class文件以后就不占据 关系了。


三. 类加载过程

  如上图所示,亲们在上文肯能提到过曾经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、解析和初始化六个阶段是咋样对每个类进行操作的。

1、加载  

  加载是类加载过程中的曾经阶段, 这一阶段会在内存中生成曾经代表这一类的 java.lang.Class 对作为最好的办法区这一类的各种数据的入口。注意这里不一定非得要从曾经 Class 文件获取,这里既都可不里能从 ZIP 包中读取(比如从 jar 包和 war 包中读取),也都可不里能在运行时计算生成(动态代理),也都可不里能由其它文件生成(比如将 JSP 文件转上加对应的 Class 类)。 

2、验证

  这一阶段的主要目的是为了确保 Class 文件的字节流含晒 晒 的信息否有符合当前虚拟机的要求,并且不要再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2个变量所使用的内存空间。注意这里所说的初始值概念,比如曾经类变量定义为 

public static int v = 5050;

实际上变量 v 在准备阶段以后的初始值为 0 而都不 5050, 将 v 赋值为 5050 的 put static 指令是应用程序被编译后, 存放于类构造器<client>最好的办法之中因此注意肯能声明为 

public static final int v = 5050;

在编译阶段会为 v 生成 ConstantValue 属性,在准备阶段虚拟肯能根据 ConstantValue 属性将 v赋值为 5050。 

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。符号引用要是我 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, 引用的目标何必 一定要肯能加载到内存中各种虚拟机实现的内存布局都可不里能各不相同,因此它们能接受的符号引用前要是我 一致的,肯能符号引用的字面量形式明选折 义在 Java 虚拟机规范的 Class 文件格式中 

 4.2 直接引用

   直接引用都可不里能是指向目标的指针,相对偏移量或是曾经能间接定位到目标的句柄。肯能有了直接引用,那引用的目标必定肯能在内存中占据 。 

5、初始化

  初始化阶段是类加载最后曾经阶段,前面的类加载阶段以后,除了在加载阶段都可不里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,才开始真正执行类中定义的 Java 应用程序代码 。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采集类中的类变量的赋值操作和静态语录块中的语录合并而成的。虚拟肯能保证子<client>最好的办法执行以后,父类的<client>最好的办法肯能执行完毕, 肯能曾经类中很难对静态变量赋值也很难静态语录块,很难编译器都可不里能不为这一类生成<client>()最好的办法 

 注意以下几种状态不要再执行类初始化:

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

  2. 定义对象数组,不要再触发该类的初始化。

  3. 常量在编译期间会存入调用类的常量池中,本质上并很难直接引用定义常量的类,不要再触

     发定义常量所在的类。

  4. 通过类名获取 Class 对象,不要再触发类的初始化。

  5. 通过 Class.forName 加载指定类时,肯能指定参数 initialize 为 false 时,要是我 会触发类初

   始化,确实这一参数是告诉虚拟机,否有要对类进行初始化。

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

   虚拟肯能保证曾经类的类构造器<clinit>()在多应用程序环境中被正确的加锁、同步,肯能多个应用程序一并去初始化曾经类,很难只会有曾经应用程序去执行这一类的类构造器<clinit>(),这一应用程序都前要阻塞等候,直到活动应用程序执行<clinit>()最好的办法完毕。很糙前要注意的是,在这一状态下,这一应用程序确实会被阻塞,但肯能执行<clinit>()最好的办法的那条应用程序退出后,这一应用程序在唤醒以后不要再再次进入/执行<clinit>()最好的办法,肯能 在同曾经类加载器下,曾经类型只会被初始化一次。肯能在曾经类的<clinit>()最好的办法含晒 耗时很长的操作,就肯能造成多个应用程序阻塞,在实际应用中这一阻塞往往是隐藏的,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() {   // 匿名内控

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,应用程序Thread-1得到执行并在执行这一类的类构造器<clinit>() 时,肯能该最好的办法含晒 曾经死循环,因此久久只能退出。


四. 典型案例分析  

  在Java中, 创建曾经对象常常前要经历如下2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。

很难,亲们看看下面的应用程序的输出结果:

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?确实笔者勉强猜出了正确答案,但总感觉很糙。肯能在初始化阶段,当JVM对类StaticTest进行初始化时,首先会执行下面的语录:

static StaticTest st = new StaticTest();

也要是我 实例化StaticTest对象,但这一以后类都很难初始化完毕啊,能直接进行实例化吗?事实上,这涉及到曾经根本问题报告 要是我 :实例初始化不一定要在类初始化开始以后才开始初始化。 下面亲们结合类的加载过程说明这一问题报告 。

  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,因此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,因此亲们只针对这曾经阶段进行分析:

  首先,在类的准备阶段前要做的是为类变量(static变量)分配内存并设置默认值(零值),因此在该阶段开始后,类变量st将变为null、b变为0。很糙前要注意的是,肯能类变量是final的,很难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。也却语录,肯能上述程度对变量b采用如下定义最好的办法时:

 很难,在准备阶段b的值要是我 112,而不再是0了。

  此外,在类的初始化阶段前要做的是执行类构造器<clinit>(),前要指出的是,类构造器本质上是编译器采集所有静态语录块和类变量的赋值语录按语录在源码中的顺序合并生成类构造器<clinit>()。因此,对上述应用程序而言,JVM将先执行第每根静态变量的赋值语录:

  在类都很难初始化完毕以后,能直接进行实例化相应的对象吗?

  事实上,从Java高度看,亲们知道曾经类初始化的基本常识,那要是我 :在同曾经类加载器下,曾经类型只会被初始化一次。很多很多很多很多有,一旦开始初始化曾经类型,无论否有完成,后续都不 会再重新触发该类型的初始化阶段了(只考虑在同曾经类加载器下的状态)。因此,在实例化上述应用程序中的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,因此在里边的应用程序中,嵌入到了静态初始化的起始位置。这就意味了实例初始化全版占据 在静态初始化以后,当然,这也是意味a为110b为0的意味。

  因此,上述应用程序的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
    }
}

因此,上述应用程序会有里边的输出结果。下面,亲们对上述应用程序稍作改动,在应用程序最后的一行,增加以下代码行:

 static StaticTest st1 = new StaticTest();

很难,此时应用程序的输出又是哪2个呢?肯能你对上述的内容理解很好语录,很难得出结论(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

很难下面的应用程序的执行结果是哪2个呢???

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采集起来先执行,而父类前要先于子类初始化,很多很多很多很多有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以后要先执行非静态代码块,很多很多很多很多有顺序是 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

运行应用程序,就知道结果。假使 真正理解类的实例化过程,类事问题报告 不要再再难道亲们了!