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JVM类生命周期概述:加载时机与加载过程

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  一个多.java文件在编译一定会形成相应的一个多或多个Class文件,那此Class文件中描述了类的各种信息,而且它们最终都还要被加载到虚拟机中不不 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,最终形成可不可以 被虚拟机直接使用的Java类型的过程也不虚拟机的类加载机制。本文概述了JVM加载类的时机生和熟命周期,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

  我们都儿知道,一个多.java文件在编译一定会形成相应的一个多或多个Class文件(若一个多类含高高内部内部结构类,则编译一定会产生多个Class文件),但那此Class文件中描述的各种信息,最终都还要加载到虚拟机中时候 不不 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,最终形成可不可以 被虚拟机直接使用的Java类型的过程也不虚拟机的 类加载机制。  

  与那此在编译时还要进行连接工作的语言不同,在Java语言里边,类型的加载和连接删剪一定会在tcp连接运行期间完成,原本会在类加载时稍微增加许多性能开销,而且却能为Java应用tcp连接提供深度1的灵活性,Java中天生可不可以 动态扩展的语言底部形态多态也不依赖运行期动态加载和动态链接這個特点实现的。之类,由于编写一个多使用接口的应用tcp连接,可不可以 等到运行时再指定着实际的实现。這個组装应用tcp连接的土办法广泛应用于Javatcp连接之中。

  既然原本,如此 ,

  • 虚拟机那此时候 才会加载Class文件并初始化类呢?(类加载和初始化时机)
  • 虚拟机要怎样加载一个多Class文件呢?(Java类加载的土办法:类加载器、双亲委派机制)
  • 虚拟机加载一个多Class文件要经历那此具体的步骤呢?(类加载过程/步骤)

本文主要对第一个多和第一个多大疑问进行阐述。


二. 类加载的时机 

  Java类从被加载到虚拟机内存中刚开始英语 英语 ,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、解析五个偏离 统称为连接(Linking),如图所示:

  加载、验证、准备、初始化和卸载这五个阶段的顺序是选着的,类的加载过程还要按照這個顺序按部就班地刚开始英语 英语 ,而解析阶段则不一定:它在许多状况下可不可以 在初始化阶段时候 再刚开始英语 英语 ,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。不得劲还要注意的是,类的加载过程还要按照這個顺序按部就班地“刚开始英语 英语 ”,而删剪一定会按部就班的“进行”或“完成”,由于那此阶段通常删剪一定会相互交叉地混合式进行的,也也不说通常会在一个多阶段执行的过程中调用或激活另外一个多阶段。

  了解了Java类的生命周期时候 ,如此 我们都儿现在来回答第一个多大疑问:虚拟机那此时候 才会加载Class文件并初始化类呢?

1、类加载时机

  那此状况下虚拟机还要刚开始英语 英语 加载一个多类呢?虚拟机规范中并如此 对此进行强制约束,这点可不可以 交给虚拟机的具体实现来自由把握。

2、类初始化时机

  如此 ,那此状况下虚拟机还要刚开始英语 英语 初始化一个多类呢?这在虚拟机规范中是有严格规定的,虚拟机规范指明 有且只能 并是否状况还要立即对类进行初始化(而這個过程自然指在在加载、验证、准备时候 ):

  1) 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令(注意,newarray指令触发的也不数组类型并是否的初始化,而不不由于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,也也不触发对类[Ljava.lang.String的初始化,而直接不不触发String类的初始化)时,由于类如此 进行过初始化,则还要先对其进行初始化。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时候 ;
  • 读取或设置一个多类的静态字段(被final修饰,已在编译器把结果插进常量池的静态字段除外)的时候 ;
  • 调用一个多类的静态土办法的时候 。

  2) 使用java.lang.reflect包的土办法对类进行反射调用的时候 ,由于类如此 进行过初始化,则还要先触发其初始化。

  3) 当初始化一个多类的时候 ,由于发现其父类还如此 进行过初始化,则还要先触发其父类的初始化。

  4) 当虚拟机启动时,用户还要指定一个多要执行的主类(含高main()土办法的那个类),虚拟由于先初始化這個主类。

  5) 当使用jdk1.7动态语言支持时,由于一个多java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getstatic,REF_putstatic,REF_invokeStatic的土办法句柄,而且這個土办法句柄所对应的类如此 进行初始化,则还要先出触发其初始化。

 注意,对于这并是否会触发类进行初始化的场景,虚拟机规范中使用了一个多很强烈的限定语:“有且只能”,这并是否场景中的行为称为对一个多类进行 主动引用。除此之外,所有引用类的土办法,删剪一定会会触发初始化,称为 被动引用。

  不得劲还要指出的是,类的实例化与类的初始化是一个多删剪不同的概念:

  • 类的实例化是指创建一个多类的实例(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,是类生命周期中的一个多阶段。

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,不不由于子类初始化

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,只能直接定义這個字段的类才会被初始化,而且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,由于value字段是在类SClass中定义的,而且该类会被初始化;此外,在初始化类SClass时,虚拟由于发现其父类SSClass还未被初始化,而且虚拟机将先初始化父类SSClass,而且初始化子类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,本质上并如此 直接引用到定义常量的类,而且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
 */

上述代码运行时候 ,只输出 “hello world”,这是由于着实在Java源码中引用了ConstClass类中的常量CONSTANT,而且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。也也不说,实际上NotInitialization的Class文件之中并如此 ConstClass类的符号引用入口,這個个多多类在编译为Class文件时候 就不指在关系了。


三. 类加载过程

  如上图所示,我们都儿在上文由于提到过一个多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。现在我们都儿一一学习一下JVM在加载、验证、准备、解析和初始化五个阶段是要怎样对每个类进行操作的。

1、加载  

  加载是类加载过程中的一个多阶段, 這個阶段会在内存中生成一个多代表這個类的 java.lang.Class 对作为土办法区這個类的各种数据的入口。注意这里不一定非得要从一个多 Class 文件获取,这里既可不可以 从 ZIP 包中读取(比如从 jar 包和 war 包中读取),也可不可以 在运行时计算生成(动态代理),也可不可以 由其它文件生成(比如将 JSP 文件转加进对应的 Class 类)。 

2、验证

  這個阶段的主要目的是为了确保 Class 文件的字节流含高高的信息是否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,即在土办法区中分配那此变量所使用的内存空间。注意这里所说的初始值概念,比如一个多类变量定义为 

public static int v = 3030;

实际上变量 v 在准备阶段时候 的初始值为 0 而删剪一定会 3030, 将 v 赋值为 3030 的 put static 指令是tcp连接被编译后, 存放于类构造器<client>土办法之中而且注意由于声明为 

public static final int v = 3030;

在编译阶段会为 v 生成 ConstantValue 属性,在准备阶段虚拟由于根据 ConstantValue 属性将 v赋值为 3030。 

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。符号引用也不 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, 引用的目标暂且一定要由于加载到内存中各种虚拟机实现的内存布局可不可以 各不相同,而且它们能接受的符号引用还也不一致的,由于符号引用的字面量形式明选着义在 Java 虚拟机规范的 Class 文件格式中 

 4.2 直接引用

   直接引用可不可以 是指向目标的指针,相对偏移量或是一个多能间接定位到目标的句柄。由于有了直接引用,那引用的目标必定由于在内存中指在。 

5、初始化

  初始化阶段是类加载最后一个多阶段,前面的类加载阶段时候 ,除了在加载阶段可不可以 自定义类加载器以外,其它操作都由 JVM 主导。到了初始阶段,才刚开始英语 英语 真正执行类中定义的 Java tcp连接代码 。初始化阶段是执行类构造器<client>土办法的过程。 <client>土办法是由编译器自动分类分类整理类中的类变量的赋值操作和静态句子块中的句子合并而成的。虚拟由于保证子<client>土办法执行时候 ,父类的<client>土办法由于执行完毕, 由于一个多类中如此 对静态变量赋值也如此 静态句子块,如此 编译器可不可以 不为這個类生成<client>()土办法 

 注意以下几种状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,本质上并如此 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,由于指定参数 initialize 为 false 时,也不不触发类初

   始化,着实這個参数是告诉虚拟机,是否要对类进行初始化。

  6.
通过 ClassLoader 默认的 loadClass 土办法,也不不触发初始化动作。

   虚拟由于保证一个多类的类构造器<clinit>()在多tcp连接环境中被正确的加锁、同步,由于多个tcp连接一起去去初始化一个多类,如此 只会一个多多tcp连接去执行這個类的类构造器<clinit>(),许多tcp连接都还要阻塞守候,直到活动tcp连接执行<clinit>()土办法完毕。不得劲还要注意的是,在這個状况下,许多tcp连接着实会被阻塞,但由于执行<clinit>()土办法的那条tcp连接退出后,许多tcp连接在唤醒时候 不不再次进入/执行<clinit>()土办法,由于 在同一个多类加载器下,一个多类型只会被初始化一次。由于在一个多类的<clinit>()土办法含高耗时很长的操作,就由于造成多个tcp连接阻塞,在实际应用中這個阻塞往往是隐藏的,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() {   // 匿名内部内部结构类
            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,tcp连接Thread-1得到执行并在执行這個类的类构造器<clinit>() 时,由于该土办法含高一个多死循环,而且久久只能退出。


四. 典型案例分析  

  在Java中, 创建一个多对象常常还要经历如下十十几个 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。

如此 ,我们都儿看看下面的tcp连接的输出结果:

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() {   // 静态土办法
        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
 */

我们都儿能得到正确答案吗?着实笔者勉强猜出了正确答案,但总感觉不得劲。由于在初始化阶段,当JVM对类StaticTest进行初始化时,首先会执行下面的句子:

static StaticTest st = new StaticTest();

也也不实例化StaticTest对象,但這個时候 类都如此 初始化完毕啊,能直接进行实例化吗?事实上,这涉及到一个多根本大疑问也不:实例初始化不一定要在类初始化刚开始英语 英语 时候 才刚开始英语 英语 初始化。 下面我们都儿结合类的加载过程说明這個大疑问。

  我们都儿知道,类的生命周期是:加载->验证->准备->解析->初始化->使用->卸载,而且只能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,而且我们都儿只针对這個个多多阶段进行分析:

  首先,在类的准备阶段还要做的是为类变量(static变量)分配内存并设置默认值(零值),而且在该阶段刚开始英语 英语 后,类变量st将变为null、b变为0。不得劲还要注意的是,由于类变量是final的,如此 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。也也不说,由于上述程度对变量b采用如下定义土办法时:

 如此 ,在准备阶段b的值也不112,而不再是0了。

  此外,在类的初始化阶段还要做的是执行类构造器<clinit>(),还要指出的是,类构造器本质上是编译器分类分类整理所有静态句子块和类变量的赋值句子按句子在源码中的顺序合并生成类构造器<clinit>()。而且,对上述tcp连接而言,JVM将先执行第三根静态变量的赋值句子:

  在类都如此 初始化完毕时候 ,能直接进行实例化相应的对象吗?

  事实上,从Java深度1看,我们都儿知道一个多类初始化的基本常识,那也不:在同一个多类加载器下,一个多类型只会被初始化一次。许多,一旦刚开始英语 英语 初始化一个多类型,无论是否完成,后续删剪一定会会再重新触发该类型的初始化阶段了(只考虑在同一个多类加载器下的状况)。而且,在实例化上述tcp连接中的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,而且在里边的tcp连接中,嵌入到了静态初始化的起始位置。这就由于了实例初始化删剪指在在静态初始化时候 ,当然,这也是由于a为110b为0的由于。

  而且,上述tcp连接的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
    }
}

而且,上述tcp连接会有里边的输出结果。下面,我们都儿对上述tcp连接稍作改动,在tcp连接最后的一行,增加以下代码行:

 static StaticTest st1 = new StaticTest();

如此 ,此时tcp连接的输出又是那此呢?由于你对上述的内容理解很好句子,不能自己得出结论(只能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

如此 下面的tcp连接的执行结果是那此呢???

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分类分类整理起来先执行,而父类还要先于子类初始化,许多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()调用父类构造土办法,在执行构造土办法时候 要先执行非静态代码块,许多顺序是 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tcp连接,就知道结果。倘若真正理解类的实例化过程,之类大疑问不不再难道我们都儿了!