Java类的加载机制（读书笔记）

2019-03-30 本文已影响15人元创造力

java类的生命周期
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、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载7个阶段。其中验证、准备和解析统称为连接。

java虚拟机并没有强制约束在什么情况下需要开始类加载过程的第一个阶段（加载），但是严格规定了有且仅有5种情况必须立即对类进行初始化
1. 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这4条字节码指令时，如果类没有初始化，则先需要触发其初始化。生成这4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，读取或者设置一个类的静态字段（被final修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外）的时候，以及调用一个类的静态方法的时候
2. 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行过初始化，则需要触发其初始化。
3. 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有过初始化，则需要先初始化其父类
4. 虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类，虚拟机就会先初始化这个主类。
5. 当使用JDK1.7的动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果是REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先出发其初始化。
以上5种场景都会触发类的初始化，这5种场景的行为称为对一个类进行主动引用。除此之外，其他引用类的方式都不会触发初始化，称之为被动引用。
被动引用例子1：通过子类引用父类的静态字段，只会初始化父类，而不会初始化子类
```
     public class SuperClass {
         static {
             System.out.println("SuperClass init!");
         }
         public static int value = 123;
     }
     
     public class SubClass extends SuperClass {
         static {
             System.out.println("SubClass init!");
         }
     }

     public class NotInitialization {
         public static void main(String args[]) {
             System.out.println(SubClass.value);
         }
     }
     
     运行代码只会输出SuperClass init,而不会输出SubClass init
```
被动引用例子2：表示数组中存储的类型的时候不会初始化
```
     public class NotInitialization {
         public static void main() {
             SuperClass[] sca = new SuperClass[10];
         }
     }
```
被动引用例子3：被final修饰的类变量，在编译阶段已经被添加进了引用它的类的常量池中，所以对类常量的引用也不会初始化该类
```
     public class ConstClass {
         static {
             System.out.println("ConstClass init!");
         }
         public static final String HELLOWORLD = "hello world";
     }

     public class NotInitialization {
         public static void main(String[] args) {
             System.out.println(ConstClass.HELLOWORLD);
         }
     }
     运行代码不会输出ConstClass init!
```
加载：在类加载阶段，虚拟机需要完成以下三件事情：
1. 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。
2. 将这个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结构。
3. 在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区对这个类的各种数据访问的入口。
通过一个类的全限定名获取定义此类的二进制字节流有多种实现方法：
1. 从zip包中读取，这个很常见，比如jar包
2. 从网络中获取，比如Applet
3. 运行时计算生成，这种场景使用的最多的就是动态代理技术
4. 由其他文件生成，典型场景就是JSP应用，即由JSP文件生成对应的Class类
5. 从数据库中读取
加载阶段完成之后，虚拟机外部的二进制字节流就按照虚拟机所需的格式存储在方法区之中，然后在内存中实例化一个java.lang.Class类的对象，这个对象将作为程序访问方法区中这些数据的外部接口。
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文件字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并不会危害虚拟机的安全。验证阶段大致上会完成下面4个阶段的检验动作：文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证。
准备：准备阶段是正式为类变量分配内存并且设置类变量初始值的阶段，这些类变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。这时候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的时候随着对象一起分配到java堆中。对类变量设置初始值是给各个类变量设置零值。
解析：解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程。
初始化：初始化阶段是类加载的最后一步。到了初始化阶段，才真正开始执行类中定义的java代码，进行类变量和其他资源的初始化，初始化阶段就是执行类构造器<clinit>()方法的过程。<clinit>()方法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中的语句合并产生的。静态语句块只能访问到定义在静态语句之前的变量，定义在它之后的变量，在前面的静态语句块中可以赋值，但是不能访问。
```
 public class Test {
     static{
         i = 0;                        //静态变量定义到了静态语句块之后，可以赋值
         System.out.print(i);          //不能访问，编译器会提示“非法向前引用”
     }
     static int i = 1;
 }
```
<clinit>()方法(类的构造器函数)和类的构造函数<init>()方法不同，它不需要显示地调用父类构造器，虚拟机会保证在子类的<clinit>()方法执行前，父类的<clinit>()方法已经执行完毕。由于父类的<clinit>()先执行，也就意味着父类中定义的静态语句块要优先于子类的变量赋值操作
<clinit>()方法不是必须的，如果类或者接口中没有静态语句块或者类变量，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，但仍然有变量初始化的赋值操作，因此接口也会生成<clinit>()方法,和类不同的是，接口执行<clinit>()方法时，没必要先执行父接口的<clinit>()方法，只有当父接口中的变量使用时，父接口才会初始化。
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。

Java类的加载机制（读书笔记）

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