JVM类生命周期概述:加载时机与加载过程

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  那我.java文件在编译前会形成相应的那我或多个Class文件,有有哪些Class文件中描述了类的各种信息,否则它们最终都时需被加载到虚拟机中不还都可以被运行和使用。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,最终形成可不时需被虚拟机直接使用的Java类型的过程什么都有有虚拟机的类加载机制。本文概述了JVM加载类的时机与生命周期,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

  人们知道,那我.java文件在编译前会形成相应的那我或多个Class文件(若那我类含晒 晒 实物类,则编译前会产生多个Class文件),但有有哪些Class文件中描述的各种信息,最终都时需加载到虚拟机中事先不还都可以被运行和使用。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,最终形成可不时需被虚拟机直接使用的Java类型的过程什么都有有虚拟机的 类加载机制。  

  与有有哪些在编译时时需进行连接工作的语言不同,在Java语言里边,类型的加载和连接都在在进程运行期间完成,那我会在类加载时稍微增加许多性能开销,否则却能为Java应用进程提供深度的灵活性,Java中天生可不时需动态扩展的语言底部形态多态什么都有有依赖运行期动态加载和动态链接本身特点实现的。累似 ,原因编写那我使用接口的应用进程,可不时需等到运行时再指定我我虽然际的实现。本身组装应用进程的土土辦法 广泛应用于Java进程之中。

  既然那我,好难 ,

  • 虚拟机有哪些事先才会加载Class文件并初始化类呢?(类加载和初始化时机)
  • 虚拟机怎么才能 才能 加载那我Class文件呢?(Java类加载的土土辦法 :类加载器、双亲委派机制)
  • 虚拟机加载那我Class文件要经历有有哪些具体的步骤呢?(类加载过程/步骤)

本文主要对第那我和第那我间题进行阐述。


二. 类加载的时机 

  Java类从被加载到虚拟机内存中事先刚刚刚刚始于,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5个次要统称为连接(Linking),如图所示:

  加载、验证、准备、初始化和卸载这5个阶段的顺序是选取的,类的加载过程时需按照本身顺序按部就班地事先刚刚刚刚始于,而解析阶段则不一定:它在许多清况 下可不时需在初始化阶段事先再事先刚刚刚刚始于,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。很糙时需注意的是,类的加载过程时需按照本身顺序按部就班地“事先刚刚刚刚始于”,而都在按部就班的“进行”或“完成”,原因有有哪些阶段通常都在相互交叉地混合式进行的,也什么都有有说通常会在那我阶段执行的过程中调用或激活另外那我阶段。

  了解了Java类的生命周期事先,好难 人们现在来回答第那我间题:虚拟机有哪些事先才会加载Class文件并初始化类呢?

1、类加载时机

  有哪些清况 下虚拟机时需事先刚刚刚刚始于加载那我类呢?虚拟机规范中并好难 对此进行强制约束,这点可不时需交给虚拟机的具体实现来自由把握。

2、类初始化时机

  好难 ,有哪些清况 下虚拟机时需事先刚刚刚刚始于初始化那我类呢?这在虚拟机规范中是有严格规定的,虚拟机规范指明 有且不还都可以了 本身清况 时需立即对类进行初始化(而本身过程自然处于在加载、验证、准备事先):

  1) 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令(注意,newarray指令触发的什么都有有数组类型本身的初始化,而不不原因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,也什么都有有触发对类[Ljava.lang.String的初始化,而直接不不触发String类的初始化)时,原因类好难 进行过初始化,则时需先对其进行初始化。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事先;
  • 读取或设置那我类的静态字段(被final修饰,已在编译器把结果倒进常量池的静态字段除外)的事先;
  • 调用那我类的静态土土辦法 的事先。

  2) 使用java.lang.reflect包的土土辦法 对类进行反射调用的事先,原因类好难 进行过初始化,则时需先触发其初始化。

  3) 当初始化那我类的事先,原因发现其父类还好难 进行过初始化,则时需先触发其父类的初始化。

  4) 当虚拟机启动时,用户时需指定那我要执行的主类(含晒 main()土土辦法 的那个类),虚拟原因先初始化本身主类。

  5) 当使用jdk1.7动态语言支持时,原因那我java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getstatic,REF_putstatic,REF_invokeStatic的土土辦法 句柄,否则本身土土辦法 句柄所对应的类好难 进行初始化,则时需先出触发其初始化。

 注意,对于这本身会触发类进行初始化的场景,虚拟机规范中使用了那我很强烈的限定语:“有且不还都可以了”,这本身场景中的行为称为对那我类进行 主动引用。除此之外,所有引用类的土土辦法 ,都在会触发初始化,称为 被动引用。

  很糙时需指出的是,类的实例化与类的初始化是那我完全不同的概念:

  • 类的实例化是指创建那我类的实例(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,是类生命周期中的那我阶段。

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,不不原因子类初始化

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,不还都可以了直接定义本身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不触发子类的初始化。在本例中,原因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,虚拟原因发现其父类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始终不不被初始化。

 2)、通过数组定义来引用类,不不触发此类的初始化

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,本质上并好难 直接引用到定义常量的类,否则不不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
 */

上述代码运行事先,只输出 “hello world”,这原因我虽然在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。也什么都有有说,实际上NotInitialization的Class文件之中并好难 ConstClass类的符号引用入口,这那我类在编译为Class文件事先就不处于关系了。


三. 类加载过程

  如上图所示,人们在上文原因提到过那我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。现在人们一一学习一下JVM在加载、验证、准备、解析和初始化5个阶段是怎么才能 才能 对每个类进行操作的。

1、加载  

  加载是类加载过程中的那我阶段, 本身阶段会在内存中生成那我代表本身类的 java.lang.Class 对作为土土辦法 区本身类的各种数据的入口。注意这里不一定非得要从那我 Class 文件获取,这里既可不时需从 ZIP 包中读取(比如从 jar 包和 war 包中读取),也可不时需在运行时计算生成(动态代理),也可不时需由其它文件生成(比如将 JSP 文件转加上对应的 Class 类)。 

2、验证

  本身阶段的主要目的是为了确保 Class 文件的字节流含晒 晒 的信息不是符合当前虚拟机的要求,并且不不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,即在土土辦法 区中分配有有哪些变量所使用的内存空间。注意这里所说的初始值概念,比如那我类变量定义为 

public static int v = 150150;

实际上变量 v 在准备阶段事先的初始值为 0 而都在 150150, 将 v 赋值为 150150 的 put static 指令是进程被编译后, 存放于类构造器<client>土土辦法 之中否则注意原因声明为 

public static final int v = 150150;

在编译阶段会为 v 生成 ConstantValue 属性,在准备阶段虚拟原因根据 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。符号引用什么都有有 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, 引用的目标虽然一定要原因加载到内存中各种虚拟机实现的内存布局可不时需各不相同,否则它们能接受的符号引用时需是一致的,原因符号引用的字面量形式明选取义在 Java 虚拟机规范的 Class 文件格式中 

 4.2 直接引用

   直接引用可不时需是指向目标的指针,相对偏移量或是那让他间接定位到目标的句柄。原因有了直接引用,那引用的目标必定原因在内存中处于。 

5、初始化

  初始化阶段是类加载最后那我阶段,前面的类加载阶段事先,除了在加载阶段可不时需自定义类加载器以外,其它操作都由 JVM 主导。到了初始阶段,才事先刚刚刚刚始于真正执行类中定义的 Java 进程代码 。初始化阶段是执行类构造器<client>土土辦法 的过程。 <client>土土辦法 是由编译器自动挂接类中的类变量的赋值操作和静态的话块中的的话合并而成的。虚拟原因保证子<client>土土辦法 执行事先,父类的<client>土土辦法 原因执行完毕, 原因那我类中好难 对静态变量赋值也好难 静态的话块,好难 编译器可不时需不为本身类生成<client>()土土辦法  

 注意以下几种清况 不不执行类初始化:

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

  2. 定义对象数组,不不触发该类的初始化。

  3. 常量在编译期间会存入调用类的常量池中,本质上并好难 直接引用定义常量的类,不不触

     发定义常量所在的类。

  4. 通过类名获取 Class 对象,不不触发类的初始化。

  5. 通过 Class.forName 加载指定类时,原因指定参数 initialize 为 false 时,什么都有有会触发类初

   始化,我我虽然本身参数是告诉虚拟机,不是要对类进行初始化。

  6.
通过 ClassLoader 默认的 loadClass 土土辦法 ,什么都有有会触发初始化动作。

   虚拟原因保证那我类的类构造器<clinit>()在多进程环境中被正确的加锁、同步,原因多个进程一齐去初始化那我类,好难 只会有那我进程去执行本身类的类构造器<clinit>(),许多进程都时需阻塞停留,直到活动进程执行<clinit>()土土辦法 完毕。很糙时需注意的是,在本身清况 下,许多进程我虽然会被阻塞,但原因执行<clinit>()土土辦法 的那条进程退出后,许多进程在唤醒事先不不再次进入/执行<clinit>()土土辦法 ,原因 在同那我类加载器下,那我类型只会被初始化一次。原因在那我类的<clinit>()土土辦法 含晒 耗时很长的操作,就原因造成多个进程阻塞,在实际应用中本身阻塞往往是隐藏的,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() {   // 匿名实物类
            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,进程Thread-1得到执行并在执行本身类的类构造器<clinit>() 时,原因该土土辦法 含晒 那我死循环,否则久久不还都可以了退出。


四. 典型案例分析  

  在Java中, 创建那我对象常常时需经历如下几块过程: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。

好难 ,人们看看下面的进程的输出结果:

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() {   // 静态土土辦法


        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
 */

人们能得到正确答案吗?我虽然笔者勉强猜出了正确答案,但总感觉很糙。原因在初始化阶段,当JVM对类StaticTest进行初始化时,首先会执行下面的的话:

static StaticTest st = new StaticTest();

也什么都有有实例化StaticTest对象,但本身事先类都好难 初始化完毕啊,能直接进行实例化吗?事实上,这涉及到那我根本间题什么都有有:实例初始化不一定要在类初始化事先刚刚刚始于事先才事先刚刚刚刚始于初始化。 下面人们结合类的加载过程说明本身间题。

  人们知道,类的生命周期是:加载->验证->准备->解析->初始化->使用->卸载,否则不还都可以了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,否则人们只针对这那我阶段进行分析:

  首先,在类的准备阶段时需做的是为类变量(static变量)分配内存并设置默认值(零值),否则在该阶段事先刚刚刚始于后,类变量st将变为null、b变为0。很糙时需注意的是,原因类变量是final的,好难 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。也什么都有有说,原因上述程度对变量b采用如下定义土土辦法 时:

 好难 ,在准备阶段b的值什么都有有112,而不再是0了。

  此外,在类的初始化阶段时需做的是执行类构造器<clinit>(),时需指出的是,类构造器本质上是编译器挂接所有静态的话块和类变量的赋值的话按的话在源码中的顺序合并生成类构造器<clinit>()。否则,对上述进程而言,JVM将先执行第十根静态变量的赋值的话:

  在类都好难 初始化完毕事先,能直接进行实例化相应的对象吗?

  事实上,从Java深度看,人们知道那我类初始化的基本常识,那什么都有有:在同那我类加载器下,那我类型只会被初始化一次。什么都有有有,一旦事先刚刚刚刚始于初始化那我类型,无论不是完成,后续都在会再重新触发该类型的初始化阶段了(只考虑在同那我类加载器下的清况 )。否则,在实例化上述进程中的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,否则在里边的进程中,嵌入到了静态初始化的起始位置。这就原因了实例初始化完全处于在静态初始化事先,当然,这也原因a为110b为0的原因。

  否则,上述进程的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,上述进程会有里边的输出结果。下面,人们对上述进程稍作改动,在进程最后的一行,增加以下代码行:

 static StaticTest st1 = new StaticTest();

好难 ,此时进程的输出又是有哪些呢?原因你对上述的内容理解很好的话,好难得出结论(不还都可以了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

好难 下面的进程的执行结果是有哪些呢???

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挂接起来先执行,而父类时需先于子类初始化,什么都有有有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()调用父类构造土土辦法 ,在执行构造土土辦法 事好难先执行非静态代码块,什么都有有有顺序是 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

运行进程,就知道结果。假使 真正理解类的实例化过程,累似 间题不不再难道人们了!