一脚踩进java之基础篇09（拓展）——类加载过程

Posted 2021-02-21 smile,你

一、了解JVM

1.1 程序计数器

内存空间小，线程私有。字节码解释器工作是就是通过改变这个计数器的值来选取下一条需要执行指令的字节码指令，分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能都需要依赖计数器完成

如果线程正在执行一个 Java 方法，这个计数器记录的是正在执行的虚拟机字节码指令的地址；如果正在执行的是 Native 方法，这个计数器的值则为 (Undefined)。此内存区域是唯一一个在 Java 虚拟机规范中没有规定任何 OutOfMemoryError 情况的区域。

1.2 Java 虚拟机栈

线程私有，生命周期和线程一致。描述的是 Java 方法执行的内存模型：每个方法在执行时都会床创建一个栈帧(Stack Frame)用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行结束，就对应着一个栈帧从虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

局部变量表：存放了编译期可知的各种基本类型(boolean、byte、char、short、int、float、long、double)、对象引用(reference 类型)和 returnAddress 类型(指向了一条字节码指令的地址)

StackOverflowError：线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度。

OutOfMemoryError：如果虚拟机栈可以动态扩展，而扩展时无法申请到足够的内存。

1.3 本地方法栈

区别于 Java 虚拟机栈的是，Java 虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法(也就是字节码)服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native 方法服务。也会有 StackOverflowError 和 OutOfMemoryError 异常。

1.4 Java 堆

对于绝大多数应用来说，这块区域是 JVM 所管理的内存中最大的一块。线程共享，主要是存放对象实例和数组。内部会划分出多个线程私有的分配缓冲区(Thread Local Allocation Buffer, TLAB)。可以位于物理上不连续的空间，但是逻辑上要连续。

OutOfMemoryError：如果堆中没有内存完成实例分配，并且堆也无法再扩展时，抛出该异常。

1.5 方法区

属于共享内存区域，存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。

1.6 运行时常量池

属于方法区一部分，用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用。编译器和运行期(String 的 intern() )都可以将常量放入池中。内存有限，无法申请时抛出 OutOfMemoryError。

1.7 直接内存

非虚拟机运行时数据区的部分

在 JDK 1.4 中新加入 NIO (New Input/Output) 类，引入了一种基于通道(Channel)和缓存(Buffer)的 I/O 方式，它可以使用 Native 函数库直接分配堆外内存，然后通过一个存储在 Java 堆中的 DirectByteBuffer 对象作为这块内存的引用进行操作。可以避免在 Java 堆和 Native 堆中来回的数据耗时操作。

OutOfMemoryError：会受到本机内存限制，如果内存区域总和大于物理内存限制从而导致动态扩展时出现该异常。

二、类加载机制

类的生命周期( 7 个阶段)，在 Java 语言中，类型的加载、连接和初始化过程都是在程序运行期间完成的。

连接阶段：

1.验证，确保当前class文件的字节流所包含的内容符合当前JVM的规范要求，并且不会出现危害JVM自身安全的代码，当前字节流不符合规范会抛出VerifyError的异常，或者子异常，验证的信息有：（1）文件格式：验证二进制文件是什么类型，验证是否符合当前JVM规范，（2）元数据验证：检查类是否有父类、接口，验证其父类、接口的合法性，    验证被final修饰的类，  验证是否是抽象类，是否实现了父类的抽象方法或者接口中的方法，   验证方法的重载。（3）字节码验证,主要验证程序的控制流程比如循环、分支等，（4）符号验证，主要验证符号引用转换为直接引用时的合法性

2.准备，当一个Class文件的字节流通过验证，就开始为该对象的类变量，也就是静态变量，分配内存和初始值
final修饰：

private static int aa = 10;//(1)
private static final int bb = 10;//(2)

在（1）的位置  static int aa = 10在准备阶段中不是10，而是初始值0，而（2）static final int bb= 10会是10，因为final修饰的静态变量不会导致类的初始化，可以直接计算出结果。

3.解析，所谓解析就是指在常量池中找到类、接口、方法、字段的符号引用，并将其替换为直接引用的过程。

4.初始化，执行<clinit>()方法（clinit是class initialize的简写），<clinit>()方法再编译过程中生成，此方法中包含了所有类变量的赋值以及静态代码语句块的执行代码，编译器收集的顺序是由执行语句在源文件中的出现顺序来决定的，静态语句块只能对后面的静态变量进行赋值，而不能对其进行访问

以下五种情况必须对类进行初始化(而加载、验证、准备自然需要在此之前完成)：

1）遇到 new、getstatic、putstatic 或 invokestatic 这 4 条字节码指令时没初始化触发初始化。使用场景：使用 new 关键字实例化对象、读取一个类的静态字段(被 final 修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外)、调用一个类的静态方法。

2）使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用的时候。

3）当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行初始化，则需先触发其父类的初始化。

4）当虚拟机启动时，用户需指定一个要加载的主类(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，则需先触发其初始化。

三、自定义类型内存图

3.1示例代码

public class TestPhone{
    public static void main(String[] args){
        // 2: 创建引用类型的变量
        Phone p = new Phone();
        //System.out.println(p);  //输出内存的地址
    
         //3: 变量.类型中的功能
        //变量 p.的方式,调用类中的属性
        //属性就是变量 , 赋值和获取值
        p.color = "土豪金";
        p.brand = "爱立信";
        p.size = 5.0;
        
        //获取属性值
        System.out.println(p.color+"  "+p.brand+"  "+p.size);
    }
}