JAVA 类的加载

Posted 2020-12-11 liuchd

JAVA虚拟机类的加载机制

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，这就是虚拟机类的加载机制。

在java语言中类的加载，连接和初始化过程都在程序运行期间完成。

 

类加载的过程：

 

 

为支持运行时绑定，解析过程在某些情况下可在初始化之后再开始，除解析过程外的其他加载过程必须按照如图顺序开始。

 

加载：

1、通过全限定类名来获取定义此类的二进制字节流。

2、将这个字节流所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 java.lang.Class 对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。

 

相对于类加载的其他阶段而言，加载阶段是可控性最强的阶段，因为程序员可以使用系统的类加载器加载，还可以使用自己的类加载器加载。

 

连接：

①验证：

验证是连接阶段的第一步，这一阶段的目的是为了确保 Class 文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。

 

一、文件格式验证：  验证.class文件字节流是否符合class文件的格式的规范，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（魔数、主版本号都是.class文件里面包含的数据信息、在这里可以不用理解）。

 

二、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。

三、字节码验证：     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。例如保证跳转指令不会跳转到方法体以外的字节码指令上。

四、符号引用验证：  在解析阶段中发生，保证可以将符号引用转化为直接引用。

 

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。

 

②准备：

准备阶段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。在这个阶段我们只需要注意两点就好了，也就是类变量和初始值两个关键词：

①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。

/**
*类变量也叫静态变量，也就是在变量前加了static 的变量；
*实例变量也叫对象变量，即没加static 的变量；
*类变量和实例变量的区别在于：类变量是所有对象共有，其中一个对象将它值改变，其他对象得到的就是改变后的结果；
*而实例变量则属对象私有，某一个对象将其值改变，不影响其他对象；
*/
class person{
    static String age;      //--类变量
    public String name="李四";    //--实例变量
}

　　

②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。

比如:public static int value = 1; //在这里准备阶段过后的value值为0，而不是1。赋值为1的动作在初始化阶段。

准备阶段默认值：

 

 

 

注意，在上面value是被static所修饰的准备阶段之后是0，但是如果同时被final和static修饰准备阶段之后就是1了。我们可以理解为static final在编译器就将结果放入调用它的类的常量池中了。

 

③解析：

虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。

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。

 

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。

就好比在班级中，老师可以用张三来代表你，也可以用你的学号来代表你，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。

 

初始化：

到初始化阶段，才真正开始执行类中定义的 Java 程序代码，此阶段是执行 <clinit>（）方法的过程。

<clinit>（） 方法是由编译器按语句在源文件中出现的顺序，依次自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并产生的。

（不包括构造器中的语句。构造器是初始化对象的，类加载完成后，创建对象时候将调用的 <init>() 方法来初始化对象）

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，在前面的静态语句块可以赋值，但是不能访问，如下程序：

public class Test {
    static {
        // 给变量赋值可以正常编译通过
        i = 0;
        // 这句编译器会提示"非法向前引用"
        System.out.println(i);
    }

    static int i = 1;
}

 

<clinit>（）不需要显式调用父类（接口除外，接口不需要调用父接口的初始化方法，只有使用到父接口中的静态变量时才需要调用）的初始化方法 <clinit>（），虚拟机会保证在子类的 <clinit>() 方法执行之前，

父类的 <clinit>（）方法已经执行完毕，也就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>（）方法对于类或接口来说并不是必需的，如果一个类中没有静态语句块，也没有对变量的赋值操作，那么编译器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地加锁、同步，如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有一个线程去执行这个类的 <clinit>（） 方法，

其他线程都需要阻塞等待，直到活动线程执行 <clinit>（） 方法完毕。

 

1、假如这个类还没有被加载和连接，则程序先加载并连接该类

2、假如该类的直接父类还没有被初始化，则先初始化其直接父类

3、假如类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句

 

类加载的时机：

对于初始化阶段，虚拟机规范规定了有且只有 5 种情况必须立即对类进行“初始化”（而加载、验证、准备自然需要在此之前开始）：

①遇到new、getstatic 和 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。

对应场景是：使用 new 实例化对象、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）、以及调用一个类的静态方法。

②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。（如 Class.forName(“com.demo.Test”)）

③当初始化类的父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化。（而一个接口在初始化时，并不要求其父接口全部都完成了初始化）

④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。

 

以上这 5 种场景中的行为称为对一个类进行主动引用。除此之外，所有引用类的方式都不会触发初始化，称为被动引用，例如：

①通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化。

②通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化。MyClass[] cs = new MyClass[10];

③常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用到定义常量的类，因此不会触发定义常量的类的初始化。