JVM类生命周期概述:加载时机与加载过程

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  有另1个.java文件在编译一定会形成相应的有另1个或多个Class文件,哪哪几块Class文件中描述了类的各种信息,咋样让它们最终都都要被加载到虚拟机中都还可不可以被运行和使用。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,最终形成可不都要被虚拟机直接使用的Java类型的过程假若虚拟机的类加载机制。本文概述了JVM加载类的时机跟生命周期,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

  很多很多人知道,有另1个.java文件在编译一定会形成相应的有另1个或多个Class文件(若有另1个类蕴包含外部类,则编译一定会产生多个Class文件),但哪哪几块Class文件中描述的各种信息,最终都都要加载到虚拟机中原先都还可不可以被运行和使用。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,最终形成可不都要被虚拟机直接使用的Java类型的过程假若虚拟机的 类加载机制。  

  与哪哪几块在编译时都要进行连接工作的语言不同,在Java语言上边,类型的加载和连接就有在多多程序 运行期间完成,从一定会在类加载时稍微增加很多很多性能开销,咋样让却能为Java应用多多程序 提供角度的灵活性,Java中天生可不都要动态扩展的语言形状多态假若依赖运行期动态加载和动态链接很多很多特点实现的。类似于,机会编写有另1个使用接口的应用多多程序 ,可不都要等到运行时再指定随便说说际的实现。很多很多组装应用多多程序 的最好的方式广泛应用于Java多多程序 之中。

  既然原先,没有,

  • 虚拟机哪哪几块原先才会加载Class文件并初始化类呢?(类加载和初始化时机)
  • 虚拟机咋样加载有另1个Class文件呢?(Java类加载的最好的方式:类加载器、双亲委派机制)
  • 虚拟机加载有另1个Class文件要经历哪哪几块具体的步骤呢?(类加载过程/步骤)

本文主要对第有另1个和第有另1个大问题进行阐述。


二. 类加载的时机 

  Java类从被加载到虚拟机内存中原先刚开使,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1个主次统称为连接(Linking),如图所示:

  加载、验证、准备、初始化和卸载这1个阶段的顺序是选泽的,类的加载过程都要按照很多很多顺序按部就班地原先刚开使,而解析阶段则不一定:它在很多很多状态下可不都要在初始化阶段原先再原先刚开使,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。有点痛 都要注意的是,类的加载过程都要按照很多很多顺序按部就班地“原先刚开使”,而就有按部就班的“进行”或“完成”,机会哪哪几块阶段通常就有相互交叉地混合式进行的,也假若说通常会在有另1个阶段执行的过程中调用或激活另外有另1个阶段。

  了解了Java类的生命周期原先,没有很多很多人现在来回答第有另1个大问题:虚拟机哪哪几块原先才会加载Class文件并初始化类呢?

1、类加载时机

  哪哪几块状态下虚拟机都要原先刚开使加载有另1个类呢?虚拟机规范中并没有对此进行强制约束,这点可不都要交给虚拟机的具体实现来自由把握。

2、类初始化时机

  没有,哪哪几块状态下虚拟机都要原先刚开使初始化有另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 有且都还可不可以 四种 状态都要立即对类进行初始化(而很多很多过程自然地处在加载、验证、准备原先):

  1) 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令(注意,newarray指令触发的假若数组类型四种 的初始化,而无需导致 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,也假若触发对类[Ljava.lang.String的初始化,而直接无需触发String类的初始化)时,机会类没有进行过初始化,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原先;
  • 读取或设置有另1个类的静态字段(被final修饰,已在编译器把结果放进常量池的静态字段除外)的原先;
  • 调用有另1个类的静态最好的方式的原先。

  2) 使用java.lang.reflect包的最好的方式对类进行反射调用的原先,机会类没有进行过初始化,则都要先触发其初始化。

  3) 当初始化有另1个类的原先,机会发现其父类还没有进行过初始化,则都要先触发其父类的初始化。

  4) 当虚拟机启动时,用户都要指定有另1个要执行的主类(包含main()最好的方式的那个类),虚拟机会先初始化很多很多主类。

  5) 当使用jdk1.7动态语言支持时,机会有另1个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getstatic,REF_putstatic,REF_invokeStatic的最好的方式句柄,咋样让很多很多最好的方式句柄所对应的类没有进行初始化,则都要先出触发其初始化。

 注意,对于这四种 会触发类进行初始化的场景,虚拟机规范中使用了有另1个很强烈的限定语:“有且都还可不可以”,这四种 场景中的行为称为对有另1个类进行 主动引用。除此之外,所有引用类的最好的方式,就有会触发初始化,称为 被动引用。

  有点痛 都要指出的是,类的实例化与类的初始化是有另1个删改不同的概念:

  • 类的实例化是指创建有另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另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,无需导致 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,都还可不可以直接定义很多很多字段的类才会被初始化,咋样让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无需触发子类的初始化。在本例中,机会value字段是在类SClass中定义的,咋样让该类会被初始化;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,咋样让虚拟机将先初始化父类SSClass,咋样让初始化子类SClass,而SubClass始终无需被初始化。

 2)、通过数组定义来引用类,无需触发此类的初始化

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,本质上并没有直接引用到定义常量的类,咋样让无需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
 */

上述代码运行原先,只输出 “hello world”,这是机会随便说说在Java源码中引用了ConstClass类中的常量CONSTANT,咋样让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。也假若说,实际上NotInitialization的Class文件之中并没有ConstClass类的符号引用入口,这有另1个类在编译为Class文件原先就不地处关系了。


三. 类加载过程

  如上图所示,很多很多人在上文机会提到过有另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。现在很多很多人一一学习一下JVM在加载、验证、准备、解析和初始化1个阶段是咋样对每个类进行操作的。

1、加载  

  加载是类加载过程中的有另1个阶段, 很多很多阶段会在内存中生成有另1个代表很多很多类的 java.lang.Class 对作为最好的方式区很多很多类的各种数据的入口。注意这里不一定非得要从有另1个 Class 文件获取,这里既可不都要从 ZIP 包中读取(比如从 jar 包和 war 包中读取),也可不都要在运行时计算生成(动态代理),也可不都要由其它文件生成(比如将 JSP 文件转加带对应的 Class 类)。 

2、验证

  很多很多阶段的主要目的是为了确保 Class 文件的字节流蕴包含的信息否是符合当前虚拟机的要求,并且无需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,即在最好的方式区中分配哪哪几块变量所使用的内存空间。注意这里所说的初始值概念,比如有另1个类变量定义为 

public static int v = 400400;

实际上变量 v 在准备阶段原先的初始值为 0 而就有 400400, 将 v 赋值为 400400 的 put static 指令是多多程序 被编译后, 存放于类构造器<client>最好的方式之中咋样让注意机会声明为 

public static final int v = 400400;

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 400400。 

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。符号引用假若 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, 引用的目标无需说一定要机会加载到内存中各种虚拟机实现的内存布局可不都要各不相同,咋样让它们能接受的符号引用都要是一致的,机会符号引用的字面量形式明选泽义在 Java 虚拟机规范的 Class 文件格式中 

 4.2 直接引用

   直接引用可不都要是指向目标的指针,相对偏移量或是有另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另1个阶段,前面的类加载阶段原先,除了在加载阶段可不都要自定义类加载器以外,其它操作都由 JVM 主导。到了初始阶段,才原先刚开使真正执行类中定义的 Java 多多程序 代码 。初始化阶段是执行类构造器<client>最好的方式的过程。 <client>最好的方式是由编译器自动收集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。虚拟机会保证子<client>最好的方式执行原先,父类的<client>最好的方式机会执行完毕, 机会有另1个类中没有对静态变量赋值也没有静态的话块,没有编译器可不都要不为很多很多类生成<client>()最好的方式 

 注意以下几种状态无需执行类初始化:

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

  2. 定义对象数组,无需触发该类的初始化。

  3. 常量在编译期间会存入调用类的常量池中,本质上并没有直接引用定义常量的类,无需触

     发定义常量所在的类。

  4. 通过类名获取 Class 对象,无需触发类的初始化。

  5. 通过 Class.forName 加载指定类时,机会指定参数 initialize 为 false 时,假若会触发类初

   始化,随便说说很多很多参数是告诉虚拟机,否是要对类进行初始化。

  6.
通过 ClassLoader 默认的 loadClass 最好的方式,假若会触发初始化动作。

   虚拟机会保证有另1个类的类构造器<clinit>()在多多程序 环境中被正确的加锁、同步,机会多个多程序 一块儿去初始化有另1个类,没有只会有另1个多程序 去执行很多很多类的类构造器<clinit>(),很多很多多程序 都都要阻塞等待英文,直到活动多程序 执行<clinit>()最好的方式完毕。有点痛 都要注意的是,在很多很多状态下,很多很多多程序 随便说说会被阻塞,但机会执行<clinit>()最好的方式的那条多程序 退出后,很多很多多程序 在唤醒原先无需再次进入/执行<clinit>()最好的方式,机会 在同有另1个类加载器下,有另1个类型只会被初始化一次。机会在有另1个类的<clinit>()最好的方式包含耗时很长的操作,就机会造成多个多程序 阻塞,在实际应用中很多很多阻塞往往是隐藏的,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() {   // 匿名外部类
            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,多程序 Thread-1得到执行并在执行很多很多类的类构造器<clinit>() 时,机会该最好的方式蕴包含另1个死循环,咋样让久久都还可不可以退出。


四. 典型案例分析  

  在Java中, 创建有另1个对象常常都要经历如下哪几块过程: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。

没有,很多很多人看看下面的多多程序 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() {   // 静态最好的方式
        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
 */

很多很多人能得到正确答案吗?随便说说笔者勉强猜出了正确答案,但总感觉有点痛 。机会在初始化阶段,当JVM对类StaticTest进行初始化时,首先会执行下面的的话:

static StaticTest st = new StaticTest();

也假若实例化StaticTest对象,但很多很多原先类都没有初始化完毕啊,能直接进行实例化吗?事实上,这涉及到有另1个根本大问题假若:实例初始化不一定要在类初始化原先开使原先才原先刚开使初始化。 下面很多很多人结合类的加载过程说明很多很多大问题。

  很多很多人知道,类的生命周期是:加载->验证->准备->解析->初始化->使用->卸载,咋样让都还可不可以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,咋样让很多很多人只针对这有另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),咋样让在该阶段原先开使后,类变量st将变为null、b变为0。有点痛 都要注意的是,机会类变量是final的,没有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。也假若说,机会上述程度对变量b采用如下定义最好的方式时:

 没有,在准备阶段b的值假若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>()。咋样让,对上述多多程序 而言,JVM将先执行第第第一根静态变量的赋值的话:

  在类都没有初始化完毕原先,能直接进行实例化相应的对象吗?

  事实上,从Java角度看,很多很多人知道有另1个类初始化的基本常识,那假若:在同有另1个类加载器下,有另1个类型只会被初始化一次。很多很多,一旦原先刚开使初始化有另1个类型,无论否是完成,后续就有会再重新触发该类型的初始化阶段了(只考虑在同有另1个类加载器下的状态)。咋样让,在实例化上述多多程序 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,咋样让在上边的多多程序 中,嵌入到了静态初始化的起始位置。这就导致 了实例初始化删改地处在静态初始化原先,当然,这也导致 a为110b为0的导致 。

  咋样让,上述多多程序 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
    }
}

咋样让,上述多多程序 会有上边的输出结果。下面,很多很多人对上述多多程序 稍作改动,在多多程序 最后的一行,增加以下代码行:

 static StaticTest st1 = new StaticTest();

没有,此时多多程序 的输出又是哪哪几块呢?机会你对上述的内容理解很好的话,不难 得出结论(都还可不可以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

没有下面的多多程序 的执行结果是哪哪几块呢???

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,很多很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()调用父类构造最好的方式,在执行构造最好的方式原不难 先执行非静态代码块,很多很多顺序是 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

运行多多程序 ,就知道结果。假若真正理解类的实例化过程,类似于大问题无需再难道很多很多人了!