05 Java类加载

2021-09-22 本文已影响0人攻城老狮

1 类的生命周期

类加载阶段分为：加载，链接（验证，准备，解析），初始化（<init>()V方法）。

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2 加载

将类的字节码载入方法区中，内部采用 c++ 的 instanceKlass 描述 java 类，它的重要 field 域有：

_java_mirror 即 java 的类镜像，起到桥梁作用，例如对 String 来说，就是 String.class，作用是把 kclass 暴露给 java 使用
_super 即父类
_fields 即成员变量
_methods 即方法
_constants 即常量池
_class_loader 即类加载器
_vtable 虚方法表
_itable 接口方法表

如果这个类还有父类没有加载，先加载父类
加载和链接可能是交替运行的
instanceKlass 这样的【元数据】是存储在方法区（1.8后的元空间内），但 _java_mirror是存储在堆中

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3 链接

3.1 验证阶段：验证类是否符合 JVM 规范，安全性检查

用支持二进制的编辑器修改 class 文件的魔数cafebabe，在控制台运行。会报错，说明验证class文件失败。

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3.2 准备阶段：为 static 变量分配空间，设置默认值

static 变量在 JDK 7 之前存储于 instanceKlass 末尾（方法区），从 JDK 7 开始，存储于跟着类对象 _java_mirror 末尾（堆内存）
static 变量：分配空间和赋值是两个步骤，分配空间在准备阶段完成，赋值在初始化阶段完成
- 如果 static 变量是 final 的基本类型或者字符串常量，那么编译阶段值就确定了，赋值在准备阶段完成
- 如果 static 变是是 final 的，但属于引用类型，那么赋值也会在初始化阶段完成

Java代码

// 类加载分析 - 演示 final 对静态变量的影响
public class TestDemo {
    // 在准备阶段，仅仅只有分配空间，没有赋值
    static int a;
    // 在准备阶段，仅仅只有分配空间，赋值是在类的构造方法中(初始化阶段 <cinit>V())
    static int b = 10;
    // 在准备阶段，20 属于ConstantValue，final+static 修饰的整型变量 在准备阶段就完成了赋值，编译器对其优化了
    static final int c = 20;
    // 在准备阶段，"hello" 也属于ConstantValue，static+final 修饰的字符串常量 在准备阶段就完成了赋值，编译器对其优化
    static final String d = "hello";
    // 在准备阶段，如果 static 变量是final的，但属于引用类型，那么赋值也会在初始化阶段完成
    static final Object e = new Object();
}

反编译Java代码

{
  static int a; // 在准备阶段，仅仅只有分配空间，没有赋值
    descriptor: I
    flags: ACC_STATIC

  static int b; // 在准备阶段，仅仅只有分配空间，赋值是在类的构造方法中(初始化阶段 <cinit>V())
    descriptor: I
    flags: ACC_STATIC

  static final int c; // 在准备阶段，20 属于ConstantValue，final+static 修饰的整型变量 在准备阶段就完成了赋值，编译器对其优化了
    descriptor: I
    flags: ACC_STATIC, ACC_FINAL
    ConstantValue: int 20

  static final java.lang.String d; // 在准备阶段，"hello" 也属于ConstantValue，static+final 修饰的字符串常量 在准备阶段就完成了赋值，编译器对其优化
    descriptor: Ljava/lang/String;
    flags: ACC_STATIC, ACC_FINAL
    ConstantValue: String hello

  static final java.lang.Object e; // 在准备阶段，如果 static 变量是final的，但属于引用类型，那么赋值也会在初始化阶段完成
    descriptor: Ljava/lang/Object;
    flags: ACC_STATIC, ACC_FINAL

  public com.yqj.TestDemo();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 5: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       5     0  this   Lcom/yqj/TestDemo;

  static {}; //初始化阶段
    descriptor: ()V
    flags: ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=0, args_size=0
         0: bipush        10
         2: putstatic     #2                  // Field b:I
         5: new           #3                  // class java/lang/Object
         8: dup
         9: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
        12: putstatic     #4                  // Field e:Ljava/lang/Object;
        15: return
      LineNumberTable:
        line 9: 0
        line 15: 5
}

3.3 解析：将常量池中的符号引用解析为直接引用

将常量池中的符号引用解析为直接引用。符号引用仅仅只是符号，并不知道类、方法、属性到底在内存的哪个位置；而直接引用就可以确切知道类、方法、属性在内存的中位置。

4 初始化

<cinit>()v 方法，初始化是类加载的最后一个阶段。初始化即调用 <cinit>()v，虚拟机会保证这个类的【构造方法】的线程安全。类初始化是【懒惰的】。

类的初始化时机

main 方法所在的类，总会被首先初始化
首次访问这个类的静态变量或静态方法时（final static的基本类型和字符串除外）
子类初始化，如果父类还没初始化会引发初始化
子类访问父类的静态变量，只会触发父类的初始化
- Class.forName()
new 会导致初始化

不会导致类初始化的情况

访问类的 static final 静态常量（基本类型和字符串）不会触发初始化
类对象 .class 不会触发初始化，因为 .class 在加载阶段就已经生成，所以不会被触发
创建该类的数组不会触发初始化
类加载器的 loadClass 方法
Class.forName 的参数 2 initialize为 false 时

测试类初始化的代码实例

public class TestDemo {
    static {
        // main 方法所在的类，总会被首先初始化
        System.out.println("main init");
    }
 
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        // 不会导致类初始化的情况
        // 1、final static的基本类型静态常量不会触发初始化
        System.out.println(B.b);
        // 2、类对象.class 不会触发初始化
        System.out.println(B.class);
        // 3、创建该类的数组不会触发初始化
        System.out.println(new B[0]);
        // 4、不会初始化类 B，但会加载 B、A
        ClassLoader c1 = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        c1.loadClass("com.yqj.B");
        // 5、不会初始化类 B，但会加载 B、A
        ClassLoader c2 = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
        Class.forName("com.yqj.B", false, c2);
 
        // 导致类初始化的情况
        // 1、首次访问这个类的静态变量或静态方法时
        System.out.println(A.a);
        // 2、子类初始化，如果父类还没有初始化，会引发
        System.out.println(B.c);
        // 3、子类访问父类静态变量，只触发父类初始化
        System.out.println(B.a);
        // 4、会初始化类 B，并先初始化类 A
        Class.forName("com.yqj.B");
    }
}
 
class A {
    static int a = 0;
    static {
        System.out.println("a init");
    }
}
 
class B extends A {
    final static double b = 5.0;
    static boolean c = false;
    static {
        System.out.println("b init");
    }
}