JVM：类加载过程

Posted 2021-03-14 scholar-hwg

java运行过程可以分为 编译 》 类加载 》 执行

类加载主要是由jvm虚拟机负责的，过程非常复杂，类加载分三步 加载 》 连接 》初始化，（这里的加载和本文标题的类加载是不同的，标题的类加载包含了完整的三个步骤）下面详细说说每一步的过程

• 加载：
  这个很简单，程序运行之前jvm会把编译完成的.class二进制文件加载到内存，供程序使用，用到的就是类加载器classLoader ，这里也可以看出java程序的运行并不是直接依 靠底层的操作系统，而是基于jvm虚拟机。如果没有类加载器，java文件就只是磁盘中的一个普通文件。
• 连接：
  连接是很重要的一步，过程比较复杂，分为三步 验证 》准备 》解析 　　
  • 验证：确保类加载的正确性。一般情况由javac编译的class文件是不会有问题的，但是可能有人的class文件是自己通过其他方式编译出来的，这就很有可能不符合jvm的编 译规则，这一步就是要过滤掉这部分不合法文件　
  • 准备：为类的静态变量分配内存，将其初始化为默认值 。我们都知道静态变量是可以不用我们手动赋值的，它自然会有一个初始值 比如int 类型的初始值就是0 ；boolean类型初始值为false，引用类型的初始值为null 。 这里注意，只是为静态变量分配内存，此时是没有对象实例的　
  • 解析：把类中的符号引用转化为直接引用。解释一下符号引用和直接引用。比如在方法A中使用方法B，A（）{B（）；}，这里的B（）就是符号引用，初学java时我们都是知道这是java的引用，以为B指向B方法的内存地址，但是这是不完整的，这里的B只是一个符号引用，它对于方法的调用没有太多的实际意义，可以这么认为，他就是给程序员看的一个标志，让程序员知道，这个方法可以这么调用，但是B方法实际调用时是通过一个指针指向B方法的内存地址，这个指针才是真正负责方法调用，他就是直接引用。

• 初始化：
  为类的静态变量赋予正确的初始值，上述的准备阶段为静态变量赋予的是虚拟机默认的初始值，此处赋予的才是程序编写者为变量分配的真正的初始值
  现在java程序的执行就可以分为
  

  类加载的内存分析

  类的加载过程我们已经了解，现在来分析一下类加载的内存分配，
  类加载到底是什么呢？其实类加载不过就是居民虚拟机为类分配了几块内存空间，说的具体一点，就是jvm虚拟机将类的.class文件加载到内存，并将它放到运行时数据区的方法区内，然后在堆区创建一个java.lang.Class对象，用来封装类在方法区内的数据结构
  这里可能很多人不知道什么是运行时方法区。我们简单了解一下jvm虚拟机的内存管理
  Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域都有各自的用途，以及创建和销毁的时间，有的区域随着虚拟机进程的启动而存在，有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域
  
  方法区：用于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
  堆区：存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存
  也就是说，类被加载后，方法区会被分出一块内存，存储这个类的所有信息，但是这个内存块存储的依然是.class文件，并不能被我们使用，我们还需要一个能被直接使用的对象，此时堆区就开始发挥作用。类的信息被存储在方法区后，jvm虚拟机又会堆区创建一个java.lang.Class对象，这个对象就好像方法区对应类的一个镜子，把方法区存储的类的结构全部反射过来，然后封装起来，成为了一个Class类的对象（此处运用到反射知识）。这个Class对象与对应的类是一对一服务，因为他有类的结构信息，所以他自然可以构造出一个类的对象。我们平时使用的对象就是由这个Class类的对象生成。到此，类的加载已经完成，但是此时依旧没有我们需要使用的对象产生（这里比较绕，说的比较啰嗦）
  

来个总结

• 类的加载的最终产品是位于堆区中的Class 对象
• Class对象封装了类在方法区内的数据结构，并且向Java程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口

说完了类的加载过程，我们还要绕回去，谈谈类为什么会被加载，如何触发jvm虚拟机加载一个类？
先来一句看不懂的话：所有的Java虚拟机实现必须在每个类或接口被Java程序“ 首次主动使用”时才初始化他们
什么意思 ？
Java程序对类的使用方式可分为两种

• 主动使用
• 被动使用
  被动使用以后再讲，这里说说什么是主动使用，java对类的主动使用有六种情况
• 创建类的实例
• 访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值
• 调用类的静态方法
• 反射（如Class.forName(“com.shengsiyuan.Test”)）
• 初始化一个类的子类（先初始化所有的父类，最后初始化本身，接口除外，类初始化的时候，它所实现的接口不会初始化，就算字接口初始化，父接口也不会初始化，只有当程序调用接口的静态变量的时候才会导致接口的初始化）
• Java虚拟机启动时被标明为启动类的类
  这里唯一需要解释的可能就是最后一个，什么叫被标记为启动类的类呢
  比如我们有一个Hello.java文件，但是里面包含了class Hello ，class Person1 ，class Person2，我们在控制台运行的时候会写java Hello，这个class Hello就是被标记为启动类的类。简单说就是拥有main方法的类
  以上的六个活动在第一次发生时，都会促使jvm虚拟机加载类。
  除了上述六种情况以外，其他情况都属于类的被动调用，主动调用和被动调用的区别请看下面代码

class Test2{
　　public static final int n = 2;

　　static{
　　　　System.out.println("test");
　　}
}
public class Test1 {
　　public static void main(String[] args) {
　　　　System.out.println(Test2.n);
　　}
}

大家思考一下会出现什么？不管你的答案是什么，正确答案是2 。 Test2中的静态代码块是没有运行的，因为Test2并没有初始化
注意，这里的final关键字不可缺少，我们知道变量被关键字fianl修饰之后就不可修改，亦即此变量相当于编译期常量（是相当于并非就是常量），常量在java编译期已经确定，不需要初始化，但是把fianal去掉，
或者把 final int n = 2 改为 final int n = new Random（）。，运行的结果将变为 test ，2 ，因为n的值为变量或者n值在编译期不能确定，就必须经过初始化才能使用n的值。