JVM类生命周期概述:加载时机与加载过程

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  有1个.java文件在编译都有形成相应的有1个或多个Class文件,哪2个Class文件中描述了类的各种信息,许多它们最终都都要被加载到虚拟机中并能被运行和使用。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,最终形成还还可以 被虚拟机直接使用的Java类型的过程假如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

  亲们知道,有1个.java文件在编译都有形成相应的有1个或多个Class文件(若有1个类蕴藏高内部内部结构类,则编译都有产生多个Class文件),但哪2个Class文件中描述的各种信息,最终都都要加载到虚拟机中却说 并能被运行和使用。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,最终形成还还可以 被虚拟机直接使用的Java类型的过程假如虚拟机的 类加载机制。  

  与哪2个在编译时都要进行连接工作的语言不同,在Java语言上端,类型的加载和连接都有在系统进程运行运行期间完成,从都有在类加载时稍微增加许多性能开销,许多却能为Java系统进程运行运行提供深层的灵活性,Java中天生还还可以 动态扩展的语言特征多态假如依赖运行期动态加载和动态链接你你这个 特点实现的。例如,机会编写有1个使用接口的系统进程运行运行,还还可以 等到运行时再指定我我确实际的实现。你你这个 组装系统进程运行运行的法律土办法广泛应用于Java系统进程运行之中。

  既然原本,越来越 ,

  • 虚拟机哪2个却说 才会加载Class文件并初始化类呢?(类加载和初始化时机)
  • 虚拟机如何加载有1个Class文件呢?(Java类加载的法律土办法:类加载器、双亲委派机制)
  • 虚拟机加载有1个Class文件要经历哪2个具体的步骤呢?(类加载过程/步骤)

本文主要对第有1个和第有1个间题进行阐述。


二. 类加载的时机 

  Java类从被加载到虚拟机内存中却说 刚现在开始,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、解析好2个 次要统称为连接(Linking),如图所示:

  加载、验证、准备、初始化和卸载这好2个 阶段的顺序是选择的,类的加载过程都要按照你你这个 顺序按部就班地却说 刚现在开始,而解析阶段则不一定:它在许多状况下还还可以 在初始化阶段却说 再却说 刚现在开始,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。不如何都要注意的是,类的加载过程都要按照你你这个 顺序按部就班地“却说 刚现在开始”,而都有按部就班的“进行”或“完成”,机会哪2个阶段通常都有相互交叉地混合式进行的,也假如说通常会在有1个阶段执行的过程中调用或激活另外有1个阶段。

  了解了Java类的生命周期却说 ,越来越 亲们现在来回答第有1个间题:虚拟机哪2个却说 才会加载Class文件并初始化类呢?

1、类加载时机

  哪2个状况下虚拟机都要却说 刚现在开始加载有1个类呢?虚拟机规范中并越来越 对此进行强制约束,这点还还可以 交给虚拟机的具体实现来自由把握。

2、类初始化时机

  越来越 ,哪2个状况下虚拟机都要却说 刚现在开始初始化有1个类呢?这在虚拟机规范中是有严格规定的,虚拟机规范指明 有且只有 五种生活状况都要立即对类进行初始化(而你你这个 过程自然地处在加载、验证、准备却说 ):

  1) 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令(注意,newarray指令触发的假如数组类型五种生活的初始化,而不不导致 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,也假如触发对类[Ljava.lang.String的初始化,而直接不不触发String类的初始化)时,机会类越来越 进行过初始化,则都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却说 ;
  • 读取或设置有1个类的静态字段(被final修饰,已在编译器把结果放到去常量池的静态字段除外)的却说 ;
  • 调用有1个类的静态法律土办法的却说 。

  2) 使用java.lang.reflect包的法律土办法对类进行反射调用的却说 ,机会类越来越 进行过初始化,则都要先触发其初始化。

  3) 当初始化有1个类的却说 ,机会发现其父类还越来越 进行过初始化,则都要先触发其父类的初始化。

  4) 当虚拟机启动时,用户都要指定有1个要执行的主类(蕴藏main()法律土办法的那个类),虚拟机会先初始化你你这个 主类。

  5) 当使用jdk1.7动态语言支持时,机会有1个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getstatic,REF_putstatic,REF_invokeStatic的法律土办法句柄,许多你你这个 法律土办法句柄所对应的类越来越 进行初始化,则都要先出触发其初始化。

 注意,对于你你这个 种生活会触发类进行初始化的场景,虚拟机规范中使用了有1个很强烈的限定语:“有且只有”,你你这个 种生活场景中的行为称为对有1个类进行 主动引用。除此之外,所有引用类的法律土办法,都有会触发初始化,称为 被动引用。

  不如何都要指出的是,类的实例化与类的初始化是有1个完整篇 不同的概念:

  • 类的实例化是指创建有1个类的实例(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,是类生命周期中的有1个阶段。

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,不不导致 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,只有直接定义你你这个 字段的类才会被初始化,许多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,机会value字段是在类SClass中定义的,许多该类会被初始化;此外,在初始化类SClass时,虚拟机会发现其父类SSClass还未被初始化,许多虚拟机将先初始化父类SSClass,许多初始化子类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,本质上并越来越 直接引用到定义常量的类,许多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
 */

上述代码运行却说 ,只输出 “hello world”,这是机会我确实在Java源码中引用了ConstClass类中的常量CONSTANT,许多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。也假如说,实际上NotInitialization的Class文件之中并越来越 ConstClass类的符号引用入口,这有1个类在编译为Class文件却说 就不地处关系了。


三. 类加载过程

  如上图所示,亲们在上文机会提到过有1个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。现在亲们一一学习一下JVM在加载、验证、准备、解析和初始化好2个 阶段是如何对每个类进行操作的。

1、加载  

  加载是类加载过程中的有1个阶段, 你你这个 阶段会在内存中生成有1个代表你你这个 类的 java.lang.Class 对作为法律土办法区你你这个 类的各种数据的入口。注意这里不一定非得要从有1个 Class 文件获取,这里既还还可以 从 ZIP 包中读取(比如从 jar 包和 war 包中读取),也还还可以 在运行时计算生成(动态代理),也还还可以 由其它文件生成(比如将 JSP 文件转上加对应的 Class 类)。 

2、验证

  你你这个 阶段的主要目的是为了确保 Class 文件的字节流蕴藏高的信息是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,即在法律土办法区中分配哪2个变量所使用的内存空间。注意这里所说的初始值概念,比如有1个类变量定义为 

public static int v = 5050;

实际上变量 v 在准备阶段却说 的初始值为 0 而都有 5050, 将 v 赋值为 5050 的 put static 指令是系统进程运行被编译后, 存放于类构造器<client>法律土办法之中许多注意机会声明为 

public static final int v = 5050;

在编译阶段会为 v 生成 ConstantValue 属性,在准备阶段虚拟机会根据 ConstantValue 属性将 v赋值为 5050。 

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。符号引用假如 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, 引用的目标并非 一定要机会加载到内存中各种虚拟机实现的内存布局还还可以 各不相同,许多它们能接受的符号引用都却说一致的,机会符号引用的字面量形式明选择义在 Java 虚拟机规范的 Class 文件格式中 

 4.2 直接引用

   直接引用还还可以 是指向目标的指针,相对偏移量或是有1个能间接定位到目标的句柄。机会有了直接引用,那引用的目标必定机会在内存中地处。 

5、初始化

  初始化阶段是类加载最后有1个阶段,前面的类加载阶段却说 ,除了在加载阶段还还可以 自定义类加载器以外,其它操作都由 JVM 主导。到了初始阶段,才却说 刚现在开始真正执行类中定义的 Java 系统进程运行代码 。初始化阶段是执行类构造器<client>法律土办法的过程。 <client>法律土办法是由编译器自动收集类中的类变量的赋值操作和静态励志的话 块中的励志的话 合并而成的。虚拟机会保证子<client>法律土办法执行却说 ,父类的<client>法律土办法机会执行完毕, 机会有1个类中越来越 对静态变量赋值也越来越 静态励志的话 块,越来越 编译器还还可以 不为你你这个 类生成<client>()法律土办法 

 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,本质上并越来越 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,机会指定参数 initialize 为 false 时,假如会触发类初

   始化,我我确实你你这个 参数是告诉虚拟机,是不是要对类进行初始化。

  6.
通过 ClassLoader 默认的 loadClass 法律土办法,假如会触发初始化动作。

   虚拟机会保证有1个类的类构造器<clinit>()在多系统进程运行环境中被正确的加锁、同步,机会多个系统进程运行一一同初始化有1个类,越来越 只会有有1个系统进程运行去执行你你这个 类的类构造器<clinit>(),许多系统进程运行都都要阻塞等待英文,直到活动系统进程运行执行<clinit>()法律土办法完毕。不如何都要注意的是,在你你这个 状况下,许多系统进程运行我确实会被阻塞,但机会执行<clinit>()法律土办法的那条系统进程运行退出后,许多系统进程运行在唤醒却说 不不再次进入/执行<clinit>()法律土办法,机会 在同有1个类加载器下,有1个类型只会被初始化一次。机会在有1个类的<clinit>()法律土办法蕴藏耗时很长的操作,就机会造成多个系统进程运行阻塞,在实际应用中你你这个 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,系统进程运行Thread-1得到执行并在执行你你这个 类的类构造器<clinit>() 时,机会该法律土办法蕴藏高1个死循环,许多久久只有退出。


四. 典型案例分析  

  在Java中, 创建有1个对象常常都要经历如下2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。

越来越 ,亲们看看下面的系统进程运行的输出结果:

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() {   // 静态法律土办法
        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
 */

亲们能得到正确答案吗?我确实笔者勉强猜出了正确答案,但总感觉不如何。机会在初始化阶段,当JVM对类StaticTest进行初始化时,首先会执行下面的励志的话 :

static StaticTest st = new StaticTest();

也假如实例化StaticTest对象,但你你这个 却说 类都越来越 初始化完毕啊,能直接进行实例化吗?事实上,这涉及到有1个根本间题假如:实例初始化不一定要在类初始化却说 现在开始却说 才却说 刚现在开始初始化。 下面亲们结合类的加载过程说明你你这个 间题。

  亲们知道,类的生命周期是:加载->验证->准备->解析->初始化->使用->卸载,许多只有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,许多亲们只针对这有1个阶段进行分析:

  首先,在类的准备阶段都要做的是为类变量(static变量)分配内存并设置默认值(零值),许多在该阶段却说 现在开始后,类变量st将变为null、b变为0。不如何都要注意的是,机会类变量是final的,越来越 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。也假如说,机会上述程度对变量b采用如下定义法律土办法时:

 越来越 ,在准备阶段b的值假如112,而不再是0了。

  此外,在类的初始化阶段都要做的是执行类构造器<clinit>(),都要指出的是,类构造器本质上是编译器收集所有静态励志的话 块和类变量的赋值励志的话 按励志的话 在源码中的顺序合并生成类构造器<clinit>()。许多,对上述系统进程运行而言,JVM将先执行第一根静态变量的赋值励志的话 :

  在类都越来越 初始化完毕却说 ,能直接进行实例化相应的对象吗?

  事实上,从Java深层看,亲们知道有1个类初始化的基本常识,那假如:在同有1个类加载器下,有1个类型只会被初始化一次。却说有,一旦却说 刚现在开始初始化有1个类型,无论是不是完成,后续都有会再重新触发该类型的初始化阶段了(只考虑在同有1个类加载器下的状况)。许多,在实例化上述系统进程运行中的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,许多在上端的系统进程运行中,嵌入到了静态初始化的起始位置。这就导致 了实例初始化完整篇 地处在静态初始化却说 ,当然,这也是导致 a为110b为0的导致 。

  许多,上述系统进程运行的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
    }
}

许多,上述系统进程运行会有上端的输出结果。下面,亲们对上述系统进程运行稍作改动,在系统进程运行最后的一行,增加以下代码行:

 static StaticTest st1 = new StaticTest();

越来越 ,此时系统进程运行的输出又是哪2个呢?机会你对上述的内容理解很好励志的话 ,没能得出结论(只有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

越来越 下面的系统进程运行的执行结果是哪2个呢???

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收集起来先执行,而父类都要先于子类初始化,却说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()调用父类构造法律土办法,在执行构造法律土办法却说 要先执行非静态代码块,却说有顺序是 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

运行系统进程运行,就知道结果。假如真正理解类的实例化过程,例如间题不不再难道亲们了!