JVM类生命周期概述:加载时机与加载过程

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  另一一个多.java文件在编译都不 形成相应的另一一个多或多个Class文件,哪些Class文件中描述了类的各种信息,时候它们最终都才能 被加载到虚拟机中才能被运行和使用。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,最终形成可不才能 被虚拟机直接使用的Java类型的过程时候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

  大伙知道,另一一个多.java文件在编译都不 形成相应的另一一个多或多个Class文件(若另一一个多类中所含实物类,则编译都不 产生多个Class文件),但哪些Class文件中描述的各种信息,最终都才能 加载到虚拟机中时候才能被运行和使用。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,最终形成可不才能 被虚拟机直接使用的Java类型的过程时候虚拟机的 类加载机制。  

  与哪些在编译时才能 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不 在程序运行运行期间完成,那我会在类加载时稍微增加有些性能开销,时候却能为Java程序运行运行提供淬硬层 的灵活性,Java中天生可不才能 动态扩展的语言形态多态时候依赖运行期动态加载和动态链接这些 特点实现的。类事于,时候编写另一一个多使用接口的程序运行运行,可不才能 等到运行时再指定着实际的实现。这些 组装程序运行运行的土最好的办法广泛应用于Java程序运行之中。

  既然那我,那末,

  • 虚拟机哪些时候才会加载Class文件并初始化类呢?(类加载和初始化时机)
  • 虚拟机怎么加载另一一个多Class文件呢?(Java类加载的土最好的办法:类加载器、双亲委派机制)
  • 虚拟机加载另一一个多Class文件要经历哪些具体的步骤呢?(类加载过程/步骤)

本文主要对第另一一个多和第另一一个多问题进行阐述。


二. 类加载的时机 

  Java类从被加载到虚拟机内存中时候刚开始,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、解析一个多部分统称为连接(Linking),如图所示:

  加载、验证、准备、初始化和卸载这些个多阶段的顺序是选着的,类的加载过程才能 按照这些 顺序按部就班地时候刚开始,而解析阶段则不一定:它在有些情況下可不才能 在初始化阶段时候再时候刚开始,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。一阵一阵才能 注意的是,类的加载过程才能 按照这些 顺序按部就班地“时候刚开始”,而都不 按部就班的“进行”或“完成”,时候哪些阶段通常都不 相互交叉地混合式进行的,也时候说通常会在另一一个多阶段执行的过程中调用或激活另外另一一个多阶段。

  了解了Java类的生命周期时候,那末大伙现在来回答第另一一个多问题:虚拟机哪些时候才会加载Class文件并初始化类呢?

1、类加载时机

  哪些情況下虚拟机才能 时候刚开始加载另一一个多类呢?虚拟机规范中并那末对此进行强制约束,这点可不才能 交给虚拟机的具体实现来自由把握。

2、类初始化时机

  那末,哪些情況下虚拟机才能 时候刚开始初始化另一一个多类呢?这在虚拟机规范中是有严格规定的,虚拟机规范指明 有且可不还可以了 并与否情況才能 立即对类进行初始化(而这些 过程自然处在在加载、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指令触发的时候数组类型并与否的初始化,而不不意味着着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,也时候触发对类[Ljava.lang.String的初始化,而直接不不触发String类的初始化)时,时候类那末进行过初始化,则才能 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;
  • 读取或设置另一一个多类的静态字段(被final修饰,已在编译器把结果装入常量池的静态字段除外)的时候;
  • 调用另一一个多类的静态土最好的办法的时候。

  2) 使用java.lang.reflect包的土最好的办法对类进行反射调用的时候,时候类那末进行过初始化,则才能 先触发其初始化。

  3) 当初始化另一一个多类的时候,时候发现其父类还那末进行过初始化,则才能 先触发其父类的初始化。

  4) 当虚拟机启动时,用户才能 指定另一一个多要执行的主类(所含main()土最好的办法的那个类),虚拟时候先初始化这些 主类。

  5) 当使用jdk1.7动态语言支持时,时候另一一个多java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getstatic,REF_putstatic,REF_invokeStatic的土最好的办法句柄,时候这些 土最好的办法句柄所对应的类那末进行初始化,则才能 先出触发其初始化。

 注意,对于这并与否会触发类进行初始化的场景,虚拟机规范中使用了另一一个多很强烈的限定语:“有且可不还可以了”,这并与否场景中的行为称为对另一一个多类进行 主动引用。除此之外,所有引用类的土最好的办法,都不 会触发初始化,称为 被动引用。

  一阵一阵才能 指出的是,类的实例化与类的初始化是另一一个多删剪不同的概念:

  • 类的实例化是指创建另一一个多类的实例(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,是类生命周期中的另一一个多阶段。

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,不不意味着着子类初始化

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,可不还可以了直接定义这些 字段的类才会被初始化,时候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,时候value字段是在类SClass中定义的,然时候类会被初始化;此外,在初始化类SClass时,虚拟时候发现其父类SSClass还未被初始化,时候虚拟机将先初始化父类SSClass,时候初始化子类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,本质上并那末直接引用到定义常量的类,时候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”,这是时候着着实Java源码中引用了ConstClass类中的常量CONSTANT,时候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。也时候说,实际上NotInitialization的Class文件之中并那末ConstClass类的符号引用入口,这另一一个多类在编译为Class文件时候就不处在关系了。


三. 类加载过程

  如上图所示,大伙在上文时候提到过另一一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。现在大伙一一学习一下JVM在加载、验证、准备、解析和初始化一个多阶段是怎么对每个类进行操作的。

1、加载  

  加载是类加载过程中的另一一个多阶段, 这些 阶段会在内存中生成另一一个多代表这些 类的 java.lang.Class 对作为土最好的办法区这些 类的各种数据的入口。注意这里不一定非得要从另一一个多 Class 文件获取,这里既可不才能 从 ZIP 包中读取(比如从 jar 包和 war 包中读取),也可不才能 在运行时计算生成(动态代理),也可不才能 由其它文件生成(比如将 JSP 文件转加带对应的 Class 类)。 

2、验证

  这些 阶段的主要目的是为了确保 Class 文件的字节流中所含的信息与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,即在土最好的办法区中分配哪些变量所使用的内存空间。注意这里所说的初始值概念,比如另一一个多类变量定义为 

public static int v = 100100;

实际上变量 v 在准备阶段时候的初始值为 0 而都不 100100, 将 v 赋值为 100100 的 put static 指令是程序运行被编译后, 存放于类构造器<client>土最好的办法之中时候注意时候声明为 

public static final int v = 100100;

在编译阶段会为 v 生成 ConstantValue 属性,在准备阶段虚拟时候根据 ConstantValue 属性将 v赋值为 100100。 

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。符号引用时候 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, 引用的目标不须一定要时候加载到内存中各种虚拟机实现的内存布局可不才能 各不相同,时候它们能接受的符号引用才能 是一致的,时候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

   直接引用可不才能 是指向目标的指针,相对偏移量或是另一一个多能间接定位到目标的句柄。时候有了直接引用,那引用的目标必定时候在内存中处在。 

5、初始化

  初始化阶段是类加载最后另一一个多阶段,前面的类加载阶段时候,除了在加载阶段可不才能 自定义类加载器以外,其它操作都由 JVM 主导。到了初始阶段,才时候刚开始真正执行类中定义的 Java 程序运行代码 。初始化阶段是执行类构造器<client>土最好的办法的过程。 <client>土最好的办法是由编译器自动下发类中的类变量的赋值操作和静态语句块中的语句合并而成的。虚拟时候保证子<client>土最好的办法执行时候,父类的<client>土最好的办法时候执行完毕, 时候另一一个多类中那末对静态变量赋值也那末静态语句块,那末编译器可不才能 不为这些 类生成<client>()土最好的办法 

 注意以下几种情況不不执行类初始化:

  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,本质上并那末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,时候指定参数 initialize 为 false 时,然时候触发类初

   始化,着实这些 参数是告诉虚拟机,与否要对类进行初始化。

  6.
通过 ClassLoader 默认的 loadClass 土最好的办法,然时候触发初始化动作。

   虚拟时候保证另一一个多类的类构造器<clinit>()在多程序运行环境中被正确的加锁、同步,时候多个程序运行共共同初始化另一一个多类,那末只会有另一一个多程序运行去执行这些 类的类构造器<clinit>(),有些程序运行都才能 阻塞等待时间,直到活动程序运行执行<clinit>()土最好的办法完毕。一阵一阵才能 注意的是,在这些 情況下,有些程序运行着实会被阻塞,但时候执行<clinit>()土最好的办法的那条程序运行退出后,有些程序运行在唤醒时候不不再次进入/执行<clinit>()土最好的办法,时候 在同另一一个多类加载器下,另一一个多类型只会被初始化一次。时候在另一一个多类的<clinit>()土最好的办法所含耗时很长的操作,就时候造成多个程序运行阻塞,在实际应用中这些 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,程序运行Thread-1得到执行并在执行这些 类的类构造器<clinit>() 时,然时候土最好的办法所含另一一个多死循环,时候久久可不还可以了退出。


四. 典型案例分析  

  在Java中, 创建另一一个多对象常常才能 经历如下多少过程: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。

那末,大伙看看下面的程序运行的输出结果:

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() {   // 静态土最好的办法
        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
 */

大伙能得到正确答案吗?着实笔者勉强猜出了正确答案,但总感觉一阵一阵。时候在初始化阶段,当JVM对类StaticTest进行初始化时,首先会执行下面的语句:

static StaticTest st = new StaticTest();

也时候实例化StaticTest对象,但这些 时候类都那末初始化完毕啊,能直接进行实例化吗?事实上,这涉及到另一一个多根本问题时候:实例初始化不一定要在类初始化时候刚开始时候才时候刚开始初始化。 下面大伙结合类的加载过程说明这些 问题。

  大伙知道,类的生命周期是:加载->验证->准备->解析->初始化->使用->卸载,时候可不还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,时候大伙只针对这另一一个多阶段进行分析:

  首先,在类的准备阶段才能 做的是为类变量(static变量)分配内存并设置默认值(零值),时候在该阶段时候刚开始后,类变量st将变为null、b变为0。一阵一阵才能 注意的是,时候类变量是final的,那末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。也时候说,时候上述程度对变量b采用如下定义土最好的办法时:

 那末,在准备阶段b的值时候112,而不再是0了。

  此外,在类的初始化阶段才能 做的是执行类构造器<clinit>(),才能 指出的是,类构造器本质上是编译器下发所有静态语句块和类变量的赋值语句按语句在源码中的顺序合并生成类构造器<clinit>()。时候,对上述程序运行而言,JVM将先执行第四根静态变量的赋值语句:

  在类都那末初始化完毕时候,能直接进行实例化相应的对象吗?

  事实上,从Java淬硬层 看,大伙知道另一一个多类初始化的基本常识,那时候:在同另一一个多类加载器下,另一一个多类型只会被初始化一次。什么都 ,一旦时候刚开始初始化另一一个多类型,无论与否完成,后续都不 会再重新触发该类型的初始化阶段了(只考虑在同另一一个多类加载器下的情況)。时候,在实例化上述程序运行中的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,时候在里边的程序运行中,嵌入到了静态初始化的起始位置。这就意味着着了实例初始化删剪处在在静态初始化时候,当然,这也是意味着着a为110b为0的意味着着。

  时候,上述程序运行的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
    }
}

时候,上述程序运行会有里边的输出结果。下面,大伙对上述程序运行稍作改动,在程序运行最后的一行,增加以下代码行:

 static StaticTest st1 = new StaticTest();

那末,此时程序运行的输出又是哪些呢?时候你对上述的内容理解很好语句,没能得出结论(可不还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

那末下面的程序运行的执行结果是哪些呢???

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下发起来先执行,而父类才能 先于子类初始化,什么都 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()调用父类构造土最好的办法,在执行构造土最好的办法然时候先执行非静态代码块,什么都 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

运行程序运行,就知道结果。假若真正理解类的实例化过程,类事于于问题不不再难道大伙了!