JVM类生命周期概述:加载时机与加载过程

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  有一另一个.java文件在编译上能 形成相应的有一另一个或多个Class文件,哪此Class文件中描述了类的各种信息,可是我 它们最终都才能 被加载到虚拟机中才能被运行和使用。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,最终形成还才能 被虚拟机直接使用的Java类型的过程可是我 虚拟机的类加载机制。本文概述了JVM加载类的时机和心命周期,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

  另一个人知道,有一另一个.java文件在编译上能 形成相应的有一另一个或多个Class文件(若有一另一个类中暗含内部类,则编译上能 产生多个Class文件),但哪此Class文件中描述的各种信息,最终都才能 加载到虚拟机中另有一另一个才能被运行和使用。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,最终形成还才能 被虚拟机直接使用的Java类型的过程可是我 虚拟机的 类加载机制。  

  与哪此在编译时才能 进行连接工作的语言不同,在Java语言中间,类型的加载和连接上能 在多线程池池 运行期间完成,另有一另一个会在类加载时稍微增加一点性能开销,可是我 却能为Java应用多线程池池 提供宽度的灵活性,Java中天生还才能 动态扩展的语言型态多态可是我 依赖运行期动态加载和动态链接這個 特点实现的。累似 ,将会编写有一另一个使用接口的应用多线程池池 ,还才能 等到运行时再指定觉得际的实现。這個 组装应用多线程池池 的最好的依据 广泛应用于Java多线程池池 之中。

  既然另有一另一个,没法 ,

  • 虚拟机哪此另有一另一个才会加载Class文件并初始化类呢?(类加载和初始化时机)
  • 虚拟机怎样才能加载有一另一个Class文件呢?(Java类加载的最好的依据 :类加载器、双亲委派机制)
  • 虚拟机加载有一另一个Class文件要经历哪此具体的步骤呢?(类加载过程/步骤)

本文主要对第有一另一个和第有一另一个问题进行阐述。


二. 类加载的时机 

  Java类从被加载到虚拟机内存中刚开始英文,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、解析另一个每种统称为连接(Linking),如图所示:

  加载、验证、准备、初始化和卸载这另一个阶段的顺序是选折 的,类的加载过程才能 按照這個 顺序按部就班地刚开始英文,而解析阶段则不一定:它在一点情形下还才能 在初始化阶段另有一另一个再刚开始英文,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。一阵一阵才能 注意的是,类的加载过程才能 按照這個 顺序按部就班地“刚开始英文”,而上能 按部就班的“进行”或“完成”,将会哪此阶段通常上能 相互交叉地混合式进行的,也可是我 说通常会在有一另一个阶段执行的过程中调用或激活另外有一另一个阶段。

  了解了Java类的生命周期另有一另一个,没法 另一个人现在来回答第有一另一个问题:虚拟机哪此另有一另一个才会加载Class文件并初始化类呢?

1、类加载时机

  哪此情形下虚拟机才能 刚开始英文加载有一另一个类呢?虚拟机规范中并没法 对此进行强制约束,这点还才能 交给虚拟机的具体实现来自由把握。

2、类初始化时机

  没法 ,哪此情形下虚拟机才能 刚开始英文初始化有一另一个类呢?这在虚拟机规范中是有严格规定的,虚拟机规范指明 有且才能 這個 情形才能 立即对类进行初始化(而這個 过程自然处于在加载、验证、准备另有一另一个):

  1) 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令(注意,newarray指令触发的可是我 数组类型這個 的初始化,而不必原应分析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,也可是我 触发对类[Ljava.lang.String的初始化,而直接不必触发String类的初始化)时,将会类没法 进行过初始化,则才能 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另有一另一个;
  • 读取或设置有一另一个类的静态字段(被final修饰,已在编译器把结果装入 常量池的静态字段除外)的另有一另一个;
  • 调用有一另一个类的静态最好的依据 的另有一另一个。

  2) 使用java.lang.reflect包的最好的依据 对类进行反射调用的另有一另一个,将会类没法 进行过初始化,则才能 先触发其初始化。

  3) 当初始化有一另一个类的另有一另一个,将会发现其父类还没法 进行过初始化,则才能 先触发其父类的初始化。

  4) 当虚拟机启动时,用户才能 指定有一另一个要执行的主类(暗含main()最好的依据 的那个类),虚拟将会先初始化這個 主类。

  5) 当使用jdk1.7动态语言支持时,将会有一另一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getstatic,REF_putstatic,REF_invokeStatic的最好的依据 句柄,可是我 這個 最好的依据 句柄所对应的类没法 进行初始化,则才能 先出触发其初始化。

 注意,对于这這個 会触发类进行初始化的场景,虚拟机规范中使用了有一另一个很强烈的限定语:“有且才能”,这這個 场景中的行为称为对有一另一个类进行 主动引用。除此之外,所有引用类的最好的依据 ,上能 会触发初始化,称为 被动引用。

  一阵一阵才能 指出的是,类的实例化与类的初始化是有一另一个全部不同的概念:

  • 类的实例化是指创建有一另一个类的实例(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,是类生命周期中的有一另一个阶段。

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,不必原应分析子类初始化

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,才能直接定义這個 字段的类才会被初始化,可是我 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必触发子类的初始化。在本例中,将会value字段是在类SClass中定义的,可是我 该类会被初始化;此外,在初始化类SClass时,虚拟将会发现其父类SSClass还未被初始化,可是我 虚拟机将先初始化父类SSClass,可是我 初始化子类SClass,而SubClass始终不必被初始化。

 2)、通过数组定义来引用类,不必触发此类的初始化

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,本质上并没法 直接引用到定义常量的类,可是我 不必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
 */

上述代码运行另有一另一个,只输出 “hello world”,这是将会觉得在Java源码中引用了ConstClass类中的常量CONSTANT,可是我 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。也可是我 说,实际上NotInitialization的Class文件之中并没法 ConstClass类的符号引用入口,这有一另一个类在编译为Class文件另有一另一个就不处于关系了。


三. 类加载过程

  如上图所示,另一个人在上文将会提到过有一另一个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。现在另一个人一一学习一下JVM在加载、验证、准备、解析和初始化另一个阶段是怎样才能对每个类进行操作的。

1、加载  

  加载是类加载过程中的有一另一个阶段, 這個 阶段会在内存中生成有一另一个代表這個 类的 java.lang.Class 对作为最好的依据 区這個 类的各种数据的入口。注意这里不一定非得要从有一另一个 Class 文件获取,这里既还才能 从 ZIP 包中读取(比如从 jar 包和 war 包中读取),也还才能 在运行时计算生成(动态代理),也还才能 由其它文件生成(比如将 JSP 文件转添加对应的 Class 类)。 

2、验证

  這個 阶段的主要目的是为了确保 Class 文件的字节流中暗含的信息与否符合当前虚拟机的要求,并且不必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,即在最好的依据 区中分配哪此变量所使用的内存空间。注意这里所说的初始值概念,比如有一另一个类变量定义为 

public static int v = 100100;

实际上变量 v 在准备阶段另有一另一个的初始值为 0 而上能 100100, 将 v 赋值为 100100 的 put static 指令是多线程池池 被编译后, 存放于类构造器<client>最好的依据 之中可是我 注意将会声明为 

public static final int v = 100100;

在编译阶段会为 v 生成 ConstantValue 属性,在准备阶段虚拟将会根据 ConstantValue 属性将 v赋值为 100100。 

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。符号引用可是我 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, 引用的目标觉得一定要将会加载到内存中各种虚拟机实现的内存布局还才能 各不相同,可是我 它们能接受的符号引用才能 是一致的,将会符号引用的字面量形式明选折 义在 Java 虚拟机规范的 Class 文件格式中 

 4.2 直接引用

   直接引用还才能 是指向目标的指针,相对偏移量或是有一另一个能间接定位到目标的句柄。将会有了直接引用,那引用的目标必定将会在内存中处于。 

5、初始化

  初始化阶段是类加载最后有一另一个阶段,前面的类加载阶段另有一另一个,除了在加载阶段还才能 自定义类加载器以外,其它操作都由 JVM 主导。到了初始阶段,才刚开始英文真正执行类中定义的 Java 多线程池池 代码 。初始化阶段是执行类构造器<client>最好的依据 的过程。 <client>最好的依据 是由编译器自动整理类中的类变量的赋值操作和静态语录块中的语录合并而成的。虚拟将会保证子<client>最好的依据 执行另有一另一个,父类的<client>最好的依据 将会执行完毕, 将会有一另一个类中没法 对静态变量赋值也没法 静态语录块,没法 编译器还才能 不为這個 类生成<client>()最好的依据  

 注意以下几种情形不必执行类初始化:

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

  2. 定义对象数组,不必触发该类的初始化。

  3. 常量在编译期间会存入调用类的常量池中,本质上并没法 直接引用定义常量的类,不必触

     发定义常量所在的类。

  4. 通过类名获取 Class 对象,不必触发类的初始化。

  5. 通过 Class.forName 加载指定类时,将会指定参数 initialize 为 false 时,可是我 会触发类初

   始化,觉得這個 参数是告诉虚拟机,与否要对类进行初始化。

  6.
通过 ClassLoader 默认的 loadClass 最好的依据 ,可是我 会触发初始化动作。

   虚拟将会保证有一另一个类的类构造器<clinit>()在多线程池池 环境中被正确的加锁、同步,将会多个线程池池 同時 去初始化有一另一个类,没法 只会有有一另另一个线程池 去执行這個 类的类构造器<clinit>(),一点线程池池 都才能 阻塞等待的图片 ,直到活动线程池池 执行<clinit>()最好的依据 完毕。一阵一阵才能 注意的是,在這個 情形下,一点线程池池 觉得会被阻塞,但将会执行<clinit>()最好的依据 的那条线程池池 退出后,一点线程池池 在唤醒另有一另一个不必再次进入/执行<clinit>()最好的依据 ,将会 在同有一另一个类加载器下,有一另一个类型只会被初始化一次。将会在有一另一个类的<clinit>()最好的依据 暗含耗时很长的操作,就将会造成多个线程池池 阻塞,在实际应用中這個 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() {   // 匿名内部类
            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,线程池池 Thread-1得到执行并在执行這個 类的类构造器<clinit>() 时,将会该最好的依据 包暗含一另一个死循环,可是我 久久才能退出。


四. 典型案例分析  

  在Java中, 创建有一另一个对象常常才能 经历如下哪几个过程: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。

没法 ,另一个人看看下面的多线程池池 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() {   // 静态最好的依据


        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
 */

另一个人能得到正确答案吗?觉得笔者勉强猜出了正确答案,但总感觉一阵一阵。将会在初始化阶段,当JVM对类StaticTest进行初始化时,首先会执行下面的语录:

static StaticTest st = new StaticTest();

也可是我 实例化StaticTest对象,但這個 另有一另一个类都没法 初始化完毕啊,能直接进行实例化吗?事实上,这涉及到有一另一个根本问题可是我 :实例初始化不一定要在类初始化刚开始英文另有一另一个才刚开始英文初始化。 下面另一个人结合类的加载过程说明這個 问题。

  另一个人知道,类的生命周期是:加载->验证->准备->解析->初始化->使用->卸载,可是我 才能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,可是我 另一个人只针对这有一另一个阶段进行分析:

  首先,在类的准备阶段才能 做的是为类变量(static变量)分配内存并设置默认值(零值),可是我 在该阶段刚开始英文后,类变量st将变为null、b变为0。一阵一阵才能 注意的是,将会类变量是final的,没法 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。也可是我 说,将会上述程度对变量b采用如下定义最好的依据 时:

 没法 ,在准备阶段b的值可是我 112,而不再是0了。

  此外,在类的初始化阶段才能 做的是执行类构造器<clinit>(),才能 指出的是,类构造器本质上是编译器整理所有静态语录块和类变量的赋值语录按语录在源码中的顺序合并生成类构造器<clinit>()。可是我 ,对上述多线程池池 而言,JVM将先执行第一条静态变量的赋值语录:

  在类都没法 初始化完毕另有一另一个,能直接进行实例化相应的对象吗?

  事实上,从Java宽度看,另一个人知道有一另一个类初始化的基本常识,那可是我 :在同有一另一个类加载器下,有一另一个类型只会被初始化一次。可是我 ,一旦刚开始英文初始化有一另一个类型,无论与否完成,后续上能 会再重新触发该类型的初始化阶段了(只考虑在同有一另一个类加载器下的情形)。可是我 ,在实例化上述多线程池池 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,可是我 在中间的多线程池池 中,嵌入到了静态初始化的起始位置。这就原应分析了实例初始化全部处于在静态初始化另有一另一个,当然,这也是原应分析a为110b为0的原应分析。

  可是我 ,上述多线程池池 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
    }
}

可是我 ,上述多线程池池 会有中间的输出结果。下面,另一个人对上述多线程池池 稍作改动,在多线程池池 最后的一行,增加以下代码行:

 static StaticTest st1 = new StaticTest();

没法 ,此时多线程池池 的输出又是哪此呢?将会你对上述的内容理解很好语录,没法得出结论(才能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

没法 下面的多线程池池 的执行结果是哪此呢???

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整理起来先执行,而父类才能 先于子类初始化,可是我 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()调用父类构造最好的依据 ,在执行构造最好的依据 另有一另一个要先执行非静态代码块,可是我 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

运行多线程池池 ,就知道结果。假使 真正理解类的实例化过程,累似 问题不必再难道另一个人了!