JVM

JVM - 虚拟机类加载机制

2018-08-20  本文已影响0人  HRocky

Java虚拟机通过装载、链接和初始化一个Java类型,使该类型可以被正在运行的Java程序所使用。

类加载机制包括以下几个过程:

类加载的过程.png

在类和接口被装载和连接的时机上,Java虚拟机规范给实现提供了一定的灵活性。但是它严格地定义了初始化的时机。所有的Java虚拟机实现必须在每个类或接口首次主动使用时初始化(具体参考后文)。

“在首次主动使用时初始化”这个规则直接影响着装载、链接和初始化类的机制。在首次主动使用时,其类型必须被初始化。然而,在类型能被初始化之前,它必须已经被链接了,而在它能被链接之前,它必须已经被转载了。Java虚拟机的实现可以根据需要在更早的时候装载以及链接类型,没有必要一直要等到该类型的首次主动使用才去装载和链接它。无论如何,如果一个类型在它的首次主动使用之前还没有被装载和链接的话,那它必须在此时被装载和链接,这样它才能被初始化。

装载、验证、准备、初始化这4个阶段的顺序是确定的,类的加载过程必须按照这种顺序按部就班地开始,而解析阶段则不一定:它在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始,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)。注意,这里写的是按部就班得“开始”,而不是按部就班地“进行”或“完成”,强调这点是因为这个阶段通常都是互相交叉地混合式进行的,通常会在一个阶段执行的过程中调用、激活另外一个阶段。

加载过程详解

装载

装载阶段由三个基本动作组成:

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。

验证阶段大致上会完成下面4个阶段的校验动作:文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证。

准备

准备阶段的任务是为类或接口的静态字段分配空间(这些变量所使用的内存都将在方法区进行分配),并用默认值初始化这些字段。这个阶段不会执行任何的虚拟机字节码指令。

上面提到,在“通常情况”下初始值是零值,那相对的会有一些“特殊情况”:如果类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性,那么准备阶段变量value就会被初始化为ConstantValue属性所指定的值,假设上类变量value的定义变为:

public static final int value = 123;

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123。

解析

解析是根据运行时常量池的符号引用来动态决定具体的值的过程。

解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符7类符号引用进行,分别对应于常量池的CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info、CONSTANT_InterfaceMethodref_info、CONSTANT_MethodType_info、CONSTANT_MethodHandle_info和CONSTANT_InvokeDynamic_info7中常量类型。

初始化

初始化对于类或接口来说,就是执行它的初始化方法。

一个类或接口最多可以包含不超过一个类或接口的初始化方法,类或接口就是通过这个方法完成初始化的。这个方法是一个不包含参数的静态方法,名为<clinit>。这个名字也是由编译器命名的,因为它并非一个何方的Java方法名字,不能通过程序编码的方式实现。类或接口的初始化方法由Java虚拟机自身隐式调用,没有任何虚拟机字节码指令可以调用这个方法,只有在类的初始化阶段中会被虚拟机自身调用。

<clinit>

主动使用与被动使用

前面说到过,什么情况需要开始类加载的第一个阶段:加载。Java虚拟机规范中并没有进行强制约束,这点可以交给虚拟机的具体实现来自由把握。但是对于初始化阶段,虚拟机规范则是严格规定了有且只有5中情况必须立即对类进行“初始化”(而加载、验证、准备自然需要在此之前开始):
1)遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这4条字节码指令时,如果类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。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,则需要先触发其初始化。
3)当初始化一个类的时候,如果发现其父类还没有进行过初始化,则需要先触发其父类的初始化。
4)当虚拟机启动时,用户需要指定一个要执行的主类(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,则需要先触发其初始化。

对于这5种会触发类进行初始化的场景,虚拟机规范中使用了一个很强烈的限定语:“有且只有”,这5种场景中的行为称为对一个类进行主动引用。除此之外,所有引用类的方法都不会触发初始化,称为被动引用。

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