JVM类生命周期概述:加载时机与加载过程

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  几次.java文件在编译都不 形成相应的几次或多个Class文件,什么Class文件中描述了类的各种信息,而且它们最终都时需被加载到虚拟机中要能被运行和使用。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,最终形成都时需被虚拟机直接使用的Java类型的过程就说 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

  亲戚大家 知道,几次.java文件在编译都不 形成相应的几次或多个Class文件(若几次类中所含外部类,则编译都不 产生多个Class文件),但什么Class文件中描述的各种信息,最终都时需加载到虚拟机中过不会能被运行和使用。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,最终形成都时需被虚拟机直接使用的Java类型的过程就说 虚拟机的 类加载机制。  

  与什么在编译时时需进行连接工作的语言不同,在Java语言后面 ,类型的加载和连接都不 在守护进程池池运行期间完成,过不会在类加载时稍微增加某种性能开销,而且却能为Java应用守护进程池池提供深度的灵活性,Java中天生都时需动态扩展的语言特性多态就说 依赖运行期动态加载和动态链接某种特点实现的。类似于,已经 编写几次使用接口的应用守护进程池池,都时需等到运行时再指定我我确实际的实现。某种组装应用守护进程池池的法律依据 广泛应用于Java守护进程池池之中。

  既然已经 ,必须 ,

  • 虚拟机什么已经 才会加载Class文件并初始化类呢?(类加载和初始化时机)
  • 虚拟机怎么加载几次Class文件呢?(Java类加载的法律依据 :类加载器、双亲委派机制)
  • 虚拟机加载几次Class文件要经历什么具体的步骤呢?(类加载过程/步骤)

本文主要对第几次和第几次疑问进行阐述。


二. 类加载的时机 

  Java类从被加载到虚拟机内存中开始 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、解析几次累积统称为连接(Linking),如图所示:

  加载、验证、准备、初始化和卸载这几次阶段的顺序是选着的,类的加载过程时需按照某种顺序按部就班地开始 英语 ,而解析阶段则不一定:它在某种情形下都时需在初始化阶段已经 再开始 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。很糙时需注意的是,类的加载过程时需按照某种顺序按部就班地“开始 英语 ”,而都不 按部就班的“进行”或“完成”,已经 什么阶段通常都不 相互交叉地混合式进行的,也就说 说通常会在几次阶段执行的过程中调用或激活另外几次阶段。

  了解了Java类的生命周期已经 ,必须 亲戚大家 现在来回答第几次疑问:虚拟机什么已经 才会加载Class文件并初始化类呢?

1、类加载时机

  什么情形下虚拟机时需开始 英语 加载几次类呢?虚拟机规范中并必须 对此进行强制约束,这点都时需交给虚拟机的具体实现来自由把握。

2、类初始化时机

  必须 ,什么情形下虚拟机时需开始 英语 初始化几次类呢?这在虚拟机规范中是有严格规定的,虚拟机规范指明 有且必须 某种情形时需立即对类进行初始化(而某种过程自然发生在加载、验证、准备已经 ):

  1) 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令(注意,newarray指令触发的就说 数组类型某种的初始化,而不会是因为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,也就说 触发对类[Ljava.lang.String的初始化,而直接不会触发String类的初始化)时,已经 类必须 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已经 ;
  • 读取或设置几次类的静态字段(被final修饰,已在编译器把结果倒入常量池的静态字段除外)的已经 ;
  • 调用几次类的静态法律依据 的已经 。

  2) 使用java.lang.reflect包的法律依据 对类进行反射调用的已经 ,已经 类必须 进行过初始化,则时需先触发其初始化。

  3) 当初始化几次类的已经 ,已经 发现其父类还必须 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,用户时需指定几次要执行的主类(所含main()法律依据 的那个类),虚拟已经 先初始化某种主类。

  5) 当使用jdk1.7动态语言支持时,已经 几次java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getstatic,REF_putstatic,REF_invokeStatic的法律依据 句柄,而且某种法律依据 句柄所对应的类必须 进行初始化,则时需先出触发其初始化。

 注意,对于某种种会触发类进行初始化的场景,虚拟机规范中使用了几次很强烈的限定语:“有且必须”,某种种场景中的行为称为对几次类进行 主动引用。除此之外,所有引用类的法律依据 ,都不 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几次详细不同的概念:

  • 类的实例化是指创建几次类的实例(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,是类生命周期中的几次阶段。

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,不会是因为子类初始化

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,必须直接定义某种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会触发子类的初始化。在本例中,已经 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,虚拟已经 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始终不会被初始化。

 2)、通过数组定义来引用类,不会触发此类的初始化

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,本质上并必须 直接引用到定义常量的类,而且不会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
 */

上述代码运行已经 ,只输出 “hello world”,这是已经 我确实在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。也就说 说,实际上NotInitialization的Class文件之中并必须 ConstClass类的符号引用入口,这几次类在编译为Class文件已经 就不发生关系了。


三. 类加载过程

  如上图所示,亲戚大家 在上文已经 提到过几次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。现在亲戚大家 一一学习一下JVM在加载、验证、准备、解析和初始化几次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几次阶段, 某种阶段会在内存中生成几次代表某种类的 java.lang.Class 对作为法律依据 区某种类的各种数据的入口。注意这里不一定非得要从几次 Class 文件获取,这里既都时需从 ZIP 包中读取(比如从 jar 包和 war 包中读取),也都时需在运行时计算生成(动态代理),也都时需由其它文件生成(比如将 JSP 文件转加进去对应的 Class 类)。 

2、验证

  某种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不是符合当前虚拟机的要求,并且不会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,即在法律依据 区中分配什么变量所使用的内存空间。注意这里所说的初始值概念,比如几次类变量定义为 

public static int v = 400400;

实际上变量 v 在准备阶段已经 的初始值为 0 而都不 400400, 将 v 赋值为 400400 的 put static 指令是守护进程池池被编译后, 存放于类构造器<client>法律依据 之中而且注意已经 声明为 

public static final int v = 400400;

在编译阶段会为 v 生成 ConstantValue 属性,在准备阶段虚拟已经 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。符号引用就说 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已经 加载到内存中各种虚拟机实现的内存布局都时需各不相同,而且它们能接受的符号引用时需是一致的,已经 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

   直接引用都时需是指向目标的指针,相对偏移量或是几次能间接定位到目标的句柄。已经 有了直接引用,那引用的目标必定已经 在内存中发生。 

5、初始化

  初始化阶段是类加载最后几次阶段,前面的类加载阶段已经 ,除了在加载阶段都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,才开始 英语 真正执行类中定义的 Java 守护进程池池代码 。初始化阶段是执行类构造器<client>法律依据 的过程。 <client>法律依据 是由编译器自动派发类中的类变量的赋值操作和静态说说块中的说说合并而成的。虚拟已经 保证子<client>法律依据 执行已经 ,父类的<client>法律依据 已经 执行完毕, 已经 几次类中必须 对静态变量赋值也必须 静态说说块,必须 编译器都时需不为某种类生成<client>()法律依据  

 注意以下几种情形不会执行类初始化:

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

  2. 定义对象数组,不会触发该类的初始化。

  3. 常量在编译期间会存入调用类的常量池中,本质上并必须 直接引用定义常量的类,不会触

     发定义常量所在的类。

  4. 通过类名获取 Class 对象,不会触发类的初始化。

  5. 通过 Class.forName 加载指定类时,已经 指定参数 initialize 为 false 时,就说 会触发类初

   始化,我我确实某种参数是告诉虚拟机,不是要对类进行初始化。

  6.
通过 ClassLoader 默认的 loadClass 法律依据 ,就说 会触发初始化动作。

   虚拟已经 保证几次类的类构造器<clinit>()在守护进程池池环境中被正确的加锁、同步,已经 多个守护进程池同时去初始化几次类,必须 只会几次守护进程池去执行某种类的类构造器<clinit>(),某种守护进程池都时需阻塞等候,直到活动守护进程池执行<clinit>()法律依据 完毕。很糙时需注意的是,在某种情形下,某种守护进程池我确实会被阻塞,但已经 执行<clinit>()法律依据 的那条守护进程池退出后,某种守护进程池在唤醒已经 不会再次进入/执行<clinit>()法律依据 ,已经 在同几次类加载器下,几次类型只会被初始化一次。已经 在几次类的<clinit>()法律依据 所含耗时很长的操作,就已经 造成多个守护进程池阻塞,在实际应用中某种阻塞往往是隐藏的,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,守护进程池Thread-1得到执行并在执行某种类的类构造器<clinit>() 时,过不会法律依据 所含几次死循环,而且久久必须退出。


四. 典型案例分析  

  在Java中, 创建几次对象常常时需经历如下几次过程: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。

必须 ,亲戚大家 看看下面的守护进程池池的输出结果:

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() {   // 静态法律依据


        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
 */

亲戚大家 能得到正确答案吗?我确实笔者勉强猜出了正确答案,但总感觉很糙。已经 在初始化阶段,当JVM对类StaticTest进行初始化时,首先会执行下面的说说:

static StaticTest st = new StaticTest();

也就说 实例化StaticTest对象,但某种已经 类都必须 初始化完毕啊,能直接进行实例化吗?事实上,这涉及到几次根本疑问就说 :实例初始化不一定要在类初始化开始 英语 已经 才开始 英语 初始化。 下面亲戚大家 结合类的加载过程说明某种疑问。

  亲戚大家 知道,类的生命周期是:加载->验证->准备->解析->初始化->使用->卸载,而且必须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,而且亲戚大家 只针对这几次阶段进行分析:

  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),而且在该阶段开始 英语 后,类变量st将变为null、b变为0。很糙时需注意的是,已经 类变量是final的,必须 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。也就说 说,已经 上述程度对变量b采用如下定义法律依据 时:

 必须 ,在准备阶段b的值就说 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派发所有静态说说块和类变量的赋值说说按说说在源码中的顺序合并生成类构造器<clinit>()。而且,对上述守护进程池池而言,JVM将先执行一根绳子 静态变量的赋值说说:

  在类都必须 初始化完毕已经 ,能直接进行实例化相应的对象吗?

  事实上,从Java深度看,亲戚大家 知道几次类初始化的基本常识,那就说 :在同几次类加载器下,几次类型只会被初始化一次。就说 ,一旦开始 英语 初始化几次类型,无论不是完成,后续都不 会再重新触发该类型的初始化阶段了(只考虑在同几次类加载器下的情形)。而且,在实例化上述守护进程池池中的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,而且在后面 的守护进程池池中,嵌入到了静态初始化的起始位置。这就是因为了实例初始化详细发生在静态初始化已经 ,当然,这也是是因为a为110b为0的是因为。

  而且,上述守护进程池池的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,上述守护进程池池会有后面 的输出结果。下面,亲戚大家 对上述守护进程池池稍作改动,在守护进程池池最后的一行,增加以下代码行:

 static StaticTest st1 = new StaticTest();

必须 ,此时守护进程池池的输出又是什么呢?已经 你对上述的内容理解很好说说,先要得出结论(必须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

必须 下面的守护进程池池的执行结果是什么呢???

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派发起来先执行,而父类时需先于子类初始化,就说 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()调用父类构造法律依据 ,在执行构造法律依据 过不会先执行非静态代码块,就说 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

运行守护进程池池,就知道结果。若果真正理解类的实例化过程,类似于疑问不会再难道亲戚大家 了!