由一道面试题理解类加载机制

Posted 2021-02-14

前言
不了解JVM的类加载机制你也可以coding,但是当你了解之后，可以让你在coding的时候避免很多坑，本文将以一道常见的面试题去剖析一下。本文参考 深入理解Java虚拟机（第2版） 。

 1public class ClassLoadTest {
 2    private static ClassLoadTest test = new ClassLoadTest();
 3
 4    static int x;
 5    static int y = 0;
 6
 7    public ClassLoadTest() {
 8        x++;
 9        y++;
10    }
11
12    public static void main(String[] args) {
13        System.out.println(test.x);
14        System.out.println(test.y);
15    }
16}

这里大家可以先猜测一下答案，可能结果会出乎你的意料~

类加载过程

先用一个图简单的描述一下类加载的这个过程

加载
这个过程相当于从本地或者网络端去读取一个字节流，然后将一些静态储存结构转换成方法区中运行时期的数据，最后生成一个代表这个类的Class对象，作为方法区访问这个类的入口。

例如：

• 咱们可以通过一个类的全限定名去加载类

• 通过jar、war包去加载类

• 通过http请求去第三方平台上拉取指定的类来加载

• 运行时计算生成，例如Cglib动态代理等等

针对上述例子，这里是加载一个?ClassLoadTest.class?对象。

验证

要理解这个环节并不是很难，一个东西要放到JVM上去运行，咱们肯定得对其进行一些过滤，不能啥都往上丢，这里的验证简单的举几个例子:

• 文件格式的验证：?
  ①是否以魔数0xCAFEBABE开头；?
  ②主次版本号是否在当前虚拟机处理范围内；?
  ③常量池中的常量是否有不被支持的常量类型等等。

• 元数据的验证：?
  ①这个类是否有父类；?
  ②这个类的父类是否继承了不被允许继承的类(final修饰的类)；?
  ③这个类不是抽象类，是否实现了所有接口中要实现的方法等等。

• 字节码的验证：
  ①保证跳转指令不会跳转到方法体以外的字节码指令上；?
  ②保证方法体中的类型转换是有效的等等。

• 符号引用的验证：?
  ①能否通过类的全限定名去找到对应的类；?
  ②符号引用中的类、字段、方法是否可以被当前类访问等等。

准备过程

这个过程相当于给类变量分配内存并设置变量初始值的阶段，这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。

针对上述例子：

1test = null;
2x = 0;
3y = 0;

注意：这里有个特殊情况，如果该字段被?final?修饰，那么在准备阶段改字段就会被设置成咱们自定义的值。?public static final int?value?= 11?,在准备阶段就会直接赋值11，并不是该变量的初始值。

解析过程

将符号引用转换成直接引用的过程。这里有两个名词?符号引用?和?直接引用?。

• 符号引用：符号引用与虚拟机的布局无关，甚至引用的目标不一定加载到了内存中。符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能够准确的定位到目标即可。

• 直接引用：直接引用可以直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。直接引用与虚拟机布局有关，如果有了直接引用，那么引用的目标必定已经在内存中存在。

而解析过程又会针对类、字段、方法进行解析，解析失败则会抛出相应的异常。例如在解析时发现没有访问权限会抛出?java.lang.IllegalAccessException?异常，查询不到引用字段会抛出?java.lang.NoSuchFieldException?异常，查询不到方法会抛出?java.lang.NoSuchMethodException?异常等等。

初始化

在准备阶段，变量已经赋值过系统要求的默认值，在初始化阶段，则会根据程序制定的主观计划去初始化类变量和其他资源。这句话听起来有些绕口，根据上述例子，实际上就是：

1test = new ClassLoadTest();// x = 1;y =1
2y = 0;

这个过程，由于?x?咱们自己并没有去设定一个值，所以初始化阶段它不会发生任何改变,但是?y?咱们有设定一个值0，所以最后造成最终结果为?x = 1;y = 0?。

ps：在同一个类加载器下，一个类只会初始化一次。多个线程同时初始化一个类，只有一个线程能正常初始化，其他线程都会进行阻塞等待，直到活动线程执行初始化方法完毕。

总结

对于上面这个面试题，咱们用流程图简单的描述一下：