JVM类生命周期概述:加载时机与加载过程

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  一一个.java文件在编译全是形成相应的一一个或多个Class文件,什儿 Class文件中描述了类的各种信息,否则 它们最终都前要被加载到虚拟机中也能被运行和使用。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,最终形成还也能被虚拟机直接使用的Java类型的过程好多好多 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

  .我都都知道,一一个.java文件在编译全是形成相应的一一个或多个Class文件(若一一个类含高高内控 类,则编译全是产生多个Class文件),但什儿 Class文件中描述的各种信息,最终都前要加载到虚拟机中刚刚也能被运行和使用。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,最终形成还也能被虚拟机直接使用的Java类型的过程好多好多 虚拟机的 类加载机制。  

  与什儿 在编译时前要进行连接工作的语言不同,在Java语言后面 ,类型的加载和连接完整版全是在应用程序池池运行期间完成,这样 会在类加载时稍微增加一点性能开销,否则 却能为Java应用应用程序池池提供角度的灵活性,Java中天生还也能动态扩展的语言形态多态好多好多 依赖运行期动态加载和动态链接什儿 特点实现的。这类,是因为着编写一一个使用接口的应用应用程序池池,还也能等到运行时再指定好的反义词际的实现。什儿 组装应用应用程序池池的措施广泛应用于Java应用程序池池之中。

  既然这样 ,这样,

  • 虚拟机什儿 刚刚才会加载Class文件并初始化类呢?(类加载和初始化时机)
  • 虚拟机怎样才能加载一一个Class文件呢?(Java类加载的措施:类加载器、双亲委派机制)
  • 虚拟机加载一一个Class文件要经历什儿 具体的步骤呢?(类加载过程/步骤)

本文主要对第一一个和第一一个问题图片图片进行阐述。


二. 类加载的时机 

  Java类从被加载到虚拟机内存中结束了了英语 英语 ,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、解析两个主次统称为连接(Linking),如图所示:

  加载、验证、准备、初始化和卸载这两个阶段的顺序是确定的,类的加载过程前要按照什儿 顺序按部就班地结束了了英语 英语 ,而解析阶段则不一定:它在一点情况表下还也能在初始化阶段刚刚再结束了了英语 英语 ,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。不怎样才能前要注意的是,类的加载过程前要按照什儿 顺序按部就班地“结束了了英语 英语 ”,而完整版全是按部就班的“进行”或“完成”,是因为着什儿 阶段通常完整版全是相互交叉地混合式进行的,也好多好多 说通常会在一一个阶段执行的过程中调用或激活另外一一个阶段。

  了解了Java类的生命周期刚刚,这样.我都都现在来回答第一一个问题图片图片:虚拟机什儿 刚刚才会加载Class文件并初始化类呢?

1、类加载时机

  什儿 情况表下虚拟机前要结束了了英语 英语 加载一一个类呢?虚拟机规范中并这样对此进行强制约束,这点还也能交给虚拟机的具体实现来自由把握。

2、类初始化时机

  这样,什儿 情况表下虚拟机前要结束了了英语 英语 初始化一一个类呢?这在虚拟机规范中是有严格规定的,虚拟机规范指明 有且非要 一种生活情况表前要立即对类进行初始化(而什儿 过程自然指在在加载、验证、准备刚刚):

  1) 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令(注意,newarray指令触发的好多好多 数组类型一种生活的初始化,而不让是因为着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,也好多好多 触发对类[Ljava.lang.String的初始化,而直接不让触发String类的初始化)时,是因为着类这样进行过初始化,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刚刚;
  • 读取或设置一一个类的静态字段(被final修饰,已在编译器把结果倒入常量池的静态字段除外)的刚刚;
  • 调用一一个类的静态措施的刚刚。

  2) 使用java.lang.reflect包的措施对类进行反射调用的刚刚,是因为着类这样进行过初始化,则前要先触发其初始化。

  3) 当初始化一一个类的刚刚,是因为着发现其父类还这样进行过初始化,则前要先触发其父类的初始化。

  4) 当虚拟机启动时,用户前要指定一一个要执行的主类(含高main()措施的那个类),虚拟是因为着先初始化什儿 主类。

  5) 当使用jdk1.7动态语言支持时,是因为着一一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getstatic,REF_putstatic,REF_invokeStatic的措施句柄,否则 什儿 措施句柄所对应的类这样进行初始化,则前要先出触发其初始化。

 注意,对于什儿 种生活会触发类进行初始化的场景,虚拟机规范中使用了一一个很强烈的限定语:“有且非要”,什儿 种生活场景中的行为称为对一一个类进行 主动引用。除此之外,所有引用类的措施,完整版全是会触发初始化,称为 被动引用。

  不怎样才能前要指出的是,类的实例化与类的初始化是一一个完整版不同的概念:

  • 类的实例化是指创建一一个类的实例(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,是类生命周期中的一一个阶段。

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,不让是因为着子类初始化

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,非要直接定义什儿 字段的类才会被初始化,否则 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让触发子类的初始化。在本例中,是因为着value字段是在类SClass中定义的,否则 该类会被初始化;此外,在初始化类SClass时,虚拟是因为着发现其父类SSClass还未被初始化,否则 虚拟机将先初始化父类SSClass,否则 初始化子类SClass,而SubClass始终不让被初始化。

 2)、通过数组定义来引用类,不让触发此类的初始化

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,本质上并这样直接引用到定义常量的类,否则 不让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
 */

上述代码运行刚刚,只输出 “hello world”,这是因为着好的反义词在Java源码中引用了ConstClass类中的常量CONSTANT,否则 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。也好多好多 说,实际上NotInitialization的Class文件之中并这样ConstClass类的符号引用入口,什儿 一个类在编译为Class文件刚刚就不指在关系了。


三. 类加载过程

  如上图所示,.我都全是上文是因为着提到过一一个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.我都都一一学习一下JVM在加载、验证、准备、解析和初始化两个阶段是怎样才能对每个类进行操作的。

1、加载  

  加载是类加载过程中的一一个阶段, 什儿 阶段会在内存中生成一一个代表什儿 类的 java.lang.Class 对作为措施区什儿 类的各种数据的入口。注意这里不一定非得要从一一个 Class 文件获取,这里既还也能从 ZIP 包中读取(比如从 jar 包和 war 包中读取),也还也能在运行时计算生成(动态代理),也还也能由其它文件生成(比如将 JSP 文件转再加对应的 Class 类)。 

2、验证

  什儿 阶段的主要目的是为了确保 Class 文件的字节流含高高的信息是是是否是是符合当前虚拟机的要求,并且不让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,即在措施区中分配什儿 变量所使用的内存空间。注意这里所说的初始值概念,比如一一个类变量定义为 

public static int v = 150150;

实际上变量 v 在准备阶段刚刚的初始值为 0 而完整版全是 150150, 将 v 赋值为 150150 的 put static 指令是应用程序池池被编译后, 存放于类构造器<client>措施之中否则 注意是因为着声明为 

public static final int v = 150150;

在编译阶段会为 v 生成 ConstantValue 属性,在准备阶段虚拟是因为着根据 ConstantValue 属性将 v赋值为 150150。 

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。符号引用好多好多 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是因为着加载到内存中各种虚拟机实现的内存布局还也能各不相同,否则 它们能接受的符号引用前如果一致的,是因为着符号引用的字面量形式明确定义在 Java 虚拟机规范的 Class 文件格式中 

 4.2 直接引用

   直接引用还也能是指向目标的指针,相对偏移量或是一一个能间接定位到目标的句柄。是因为着有了直接引用,那引用的目标必定是因为着在内存中指在。 

5、初始化

  初始化阶段是类加载最后一一个阶段,前面的类加载阶段刚刚,除了在加载阶段还也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,才结束了了英语 英语 真正执行类中定义的 Java 应用程序池池代码 。初始化阶段是执行类构造器<client>措施的过程。 <client>措施是由编译器自动分派类中的类变量的赋值操作和静态语句块中的语句合并而成的。虚拟是因为着保证子<client>措施执行刚刚,父类的<client>措施是因为着执行完毕, 是因为着一一个类中这样对静态变量赋值也这样静态语句块,这样编译器还也能不为什儿 类生成<client>()措施 

 注意以下几种情况表不让执行类初始化:

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

  2. 定义对象数组,不让触发该类的初始化。

  3. 常量在编译期间会存入调用类的常量池中,本质上并这样直接引用定义常量的类,不让触

     发定义常量所在的类。

  4. 通过类名获取 Class 对象,不让触发类的初始化。

  5. 通过 Class.forName 加载指定类时,是因为着指定参数 initialize 为 false 时,好多好多 会触发类初

   始化,好的反义词什儿 参数是告诉虚拟机,是是是否是是要对类进行初始化。

  6.
通过 ClassLoader 默认的 loadClass 措施,好多好多 会触发初始化动作。

   虚拟是因为着保证一一个类的类构造器<clinit>()在应用程序池池环境中被正确的加锁、同步,是因为着多个应用程序池一起去去初始化一一个类,这样只会有一一个应用程序池池去执行什儿 类的类构造器<clinit>(),一点应用程序池都前要阻塞等候,直到活动应用程序池执行<clinit>()措施完毕。不怎样才能前要注意的是,在什儿 情况表下,一点应用程序池好的反义词会被阻塞,但是因为着执行<clinit>()措施的那条应用程序池退出后,一点应用程序池在唤醒刚刚不让再次进入/执行<clinit>()措施,是因为着 在同一一个类加载器下,一一个类型只会被初始化一次。是因为着在一一个类的<clinit>()措施含高耗时很长的操作,就是因为着造成多个应用程序池阻塞,在实际应用中什儿 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,应用程序池Thread-1得到执行并在执行什儿 类的类构造器<clinit>() 时,是因为着该措施含高一一个死循环,否则 久久非要退出。


四. 典型案例分析  

  在Java中, 创建一一个对象常常前要经历如下好多个过程: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。

这样,.我都都看看下面的应用程序池池的输出结果:

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() {   // 静态措施
        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
 */

.我都都能得到正确答案吗?好的反义词笔者勉强猜出了正确答案,但总感觉不怎样才能。是因为着在初始化阶段,当JVM对类StaticTest进行初始化时,首先会执行下面的语句:

static StaticTest st = new StaticTest();

也好多好多 实例化StaticTest对象,但什儿 刚刚类都这样初始化完毕啊,能直接进行实例化吗?事实上,这涉及到一一个根本问题图片图片好多好多 :实例初始化不一定要在类初始化结束了了英语 英语 刚刚才结束了了英语 英语 初始化。 下面.我都都结合类的加载过程说明什儿 问题图片图片。

  .我都都知道,类的生命周期是:加载->验证->准备->解析->初始化->使用->卸载,否则 非要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,否则 .我都都只针对什儿 一个阶段进行分析:

  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),否则 在该阶段结束了了英语 英语 后,类变量st将变为null、b变为0。不怎样才能前要注意的是,是因为着类变量是final的,这样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。也好多好多 说,是因为着上述程度对变量b采用如下定义措施时:

 这样,在准备阶段b的值好多好多 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分派所有静态语句块和类变量的赋值语句按语句在源码中的顺序合并生成类构造器<clinit>()。否则 ,对上述应用程序池池而言,JVM将先执行四根静态变量的赋值语句:

  在类都这样初始化完毕刚刚,能直接进行实例化相应的对象吗?

  事实上,从Java角度看,.我都都知道一一个类初始化的基本常识,那好多好多 :在同一一个类加载器下,一一个类型只会被初始化一次。好多好多 ,一旦结束了了英语 英语 初始化一一个类型,无论是是是否是是完成,后续完整版全是会再重新触发该类型的初始化阶段了(只考虑在同一一个类加载器下的情况表)。否则 ,在实例化上述应用程序池池中的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,否则 在后面 的应用程序池池中,嵌入到了静态初始化的起始位置。这就是因为着了实例初始化完整版指在在静态初始化刚刚,当然,这也是是因为着a为110b为0的是因为着。

  否则 ,上述应用程序池池的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
    }
}

否则 ,上述应用程序池池会有后面 的输出结果。下面,.我都都对上述应用程序池池稍作改动,在应用程序池池最后的一行,增加以下代码行:

 static StaticTest st1 = new StaticTest();

这样,此时应用程序池池的输出又是什儿 呢?是因为着你对上述的内容理解很好语句,先要得出结论(非要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

这样下面的应用程序池池的执行结果是什儿 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,而父类前要先于子类初始化,好多好多 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()调用父类构造措施,在执行构造措施刚刚要先执行非静态代码块,好多好多 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

运行应用程序池池,就知道结果。否则我真正理解类的实例化过程,这类问题图片图片不让再难道.我都都了!