Java进阶之类加载的完整过程（类的生命周期）

2019-06-23 本文已影响0人最后的轻语_dd43

1. 概述

虚拟机把描述Java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，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型，这就是虚拟机的类加载机制。这个过程就是类加载的过程。

2.类加载的过程

类从被加载到虚拟机内存中开始，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（Useing）、卸载（Unloading）7个阶段。其中验证、准备和解析3个部分统称为连接（Linking），这7个阶段的发生顺序如图所示。

类的生命周期

2.1 加载

“加载”是“类加载”过程的一个阶段，由类加载器来完成，主要做以下3件事：

通过一个类的全限定名来获取此类的二进制字节流。
将这个二进制字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据接口。
在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。

加载阶段完成后，在内存中实例化一个java.lang.Class类的对象（并没有明确规定是在Java堆中，对于HotSpot虚拟机而言， Class对象比较特殊，它虽然是对象，但是存放在方法区里面）

Class对象在JDK1.7时放在方法区（Method Area）中，在JDK1.8时放在堆（Heap）中
Class实例在堆中还是方法区中？

2.2 验证

验证是连接阶段的第一步，这一阶段的目的是为了确保Class文件的二进制字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。

主要进行如下4个验证：

文件格式验证
验证字节流是否符合Class文件格式的规范，并且能被当前版本的虚拟机处理。
元数据验证
对字节码描述的信息进行语义分析，以确保其描述的信息符合Java语言规范的要求。
字节码验证
通过数据流和控制流分析确定成行语义是合法的、符合逻辑的。
符号引用验证
对类自身以外的信息（常量池中的各种符号引用）进行匹配性校验。

2.3 准备

准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。这个阶段有两个容易产生混淆的概念。

这个阶段进行内存分配的仅包括类变量（被static修饰的变量），而不包括实例变量，实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在Java堆中。
这里所说的初始化“通常情况”是指初始化为该数据类型的零值。
比如，一个类变量的定义为：public static int value=456;那变量value在准备阶段过后的初始值为0而不是456，因为这时候尚未开始执行任何Java方法，而把value赋值为456的putstatic指令是程序被编译后，存放于类构造器＜ clinit＞ ()方法之中，所以把value赋值为456的动作将在初始化阶段才会执行。

零值列表

对于初始化时，也会有一些“特殊情况”。如果类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性，那在准备阶段变量value就会被初始化为ConstantValue属性所指定的值。比如，一个类变量的定义为：public static final int value=456;
编译时Javac将会为value生成ConstantValue属性，在准备阶段虚拟机就会根据ConstantValue的设置将value赋值为456。

2.4 解析

解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程

2.5 初始化

类初始化阶段是类加载过程的最后一步，在这一阶段才开始执行类中定义的Java代码(字节码)。初始化阶段是执行类构造器 <clinit> ()方法（类构造器就是“类变量的赋值动作+静态语句块”）的过程。

对于初始化阶段，虚拟机严格规范了有且只有5中情况下，必须对类进行初始化：

当遇到 new 、 getstatic、putstatic或invokestatic 这4条直接码指令时，比如 new 一个类，读取一个静态字段(未被 final 修饰)、或调用一个类的静态方法时。
使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用时，如果类没初始化，需要触发其初始化。
初始化一个类，如果其父类还未初始化，则先触发该父类的初始化。
当虚拟机启动时，用户需要定义一个要执行的主类 (包含 main 方法的那个类)，虚拟机会先初始化这个类。
当使用 JDK1.7 的动态动态语言时，如果一个 MethodHandle 实例的最后解析结构为 REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic、的方法句柄，并且这个句柄没有初始化，则需要先触发器初始化。

类初始化的时机详解

关于<clinit> ()方法：

<clinit>()方法也叫类的构造器，是由编译器自动收集类中的“所有类变量的赋值动作和静态语句块（static{}块）”中的语句合并而成，编译器收集的顺序是由语句在源文件出现的顺序而决定。静态语句块中只能访问到定义在静态语句块之前的变量，定义在它之后的变量，可以赋值，但是不能访问。

public class test {
    static {
        i = 0; // 赋值动作可以正常编译
        System.out.println(i);// 进行使用时，编译器会提示“Illegal forward reference”
    }
    static int i = 1;
}

<clinit>()执行顺序
<clinit>()方法与类的构造函数(或者说实例构造器<innt>() 方法)不同，它不需要显式地调用父类构造器（类的构造函数需要显示使用super.xxx()显示调用父类的构造函数），虚拟机会保证在子类的<clinit>()方法执行之前，父类的<clinit>()方法已经执行完毕，即父类的静态语句块优先于子类的静态语句块执行。
<clinit>()方法对于类和接口来说不是必须的，如果一个类没有"类变量的赋值动作和静态语句块"，那么编译器可以不为这个类生成<clinit>()方法。
接口中不能使用静态语句块，但仍有变量初始化的赋值操作（接口中的变量默认为“public static”），因此接口与类一样都会生成<clinit>()方法。但接口与类不同的是，接口的<clinit>()方法执行之前，不需要要执行父接口的<clinit>()方法，只有使用父接口的变量时才会执行初始化。同理，接口的实现类在初始化时也一样不会执行接口的<clinit>()方法。
<clinit>()线程安全
虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确地加锁、同步，如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有一个线程去执行这个类的<clinit>()方法，其他线程都需要阻塞等待，直到活动线程执行<clinit>()方法完毕。

3. 总结

类的生命周期有七个阶段

加载：通过ClassLoader加载class文件字节码，生成Class对象。
校验：校验加载字节码的安全性和正确性。
准备：为类变量分配内存并设置类变量初始的零值。
解析：将常量池内的符号引用替换为直接引用。
初始化：将类进行初始化，执行类构造器（类变量赋值和静态语句块）。
~~5. 初始化：将类进行初始化，执行类构造器（静态语句块），可能执行类的构造函数（如果new对象的话先执行类构造器，再执行类的构造函数）。~~“new对象会执行类构造器”此时还是类加载过程，“再执行类的构造函数”此时好像已经脱离类加载过程，到了对象的创建过程了。这个地方概念还是有点模糊，待我把对象的创建过程复习一下，再来总结！！！
使用：使用这个类进行相关操作。
卸载：不用了，被JVM垃圾回收了。

父子类静态代码块、代码块、构造函数初始化顺序

参考

《深入理解Java虚拟机》