JVM类生命周期概述:加载时机与加载过程

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  好几块 多多.java文件在编译否是形成相应的好几块 多多或多个Class文件,那些Class文件中描述了类的各种信息,某些它们最终都才能 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,最终形成都才能 被虚拟机直接使用的Java类型的过程统统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

  亲戚亲戚亲戚朋友知道,好几块 多多.java文件在编译否是形成相应的好几块 多多或多个Class文件(若好几块 多多类中带有内部管理类,则编译否是产生多个Class文件),但那些Class文件中描述的各种信息,最终都才能 加载到虚拟机中之前 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,最终形成都才能 被虚拟机直接使用的Java类型的过程统统虚拟机的 类加载机制。  

  与那些在编译时才能 进行连接工作的语言不同,在Java语言里边,类型的加载和连接否是 在进程运行运行期间完成,以否是在类加载时稍微增加某些性能开销,某些却能为Java进程运行运行提供深层的灵活性,Java中天生都才能 动态扩展的语言形态多态统统依赖运行期动态加载和动态链接某些 特点实现的。同类,机会编写好几块 多多使用接口的进程运行运行,都才能 等到运行时再指定好的反义词际的实现。某些 组里装程运行运行的法律方法广泛应用于Java进程运行之中。

  既然统统,真难,

  • 虚拟机那些之前 才会加载Class文件并初始化类呢?(类加载和初始化时机)
  • 虚拟机如可加载好几块 多多Class文件呢?(Java类加载的法律方法:类加载器、双亲委派机制)
  • 虚拟机加载好几块 多多Class文件要经历那些具体的步骤呢?(类加载过程/步骤)

本文主要对第好几块 多多和第好几块 多多现象进行阐述。


二. 类加载的时机 

  Java类从被加载到虚拟机内存中结束,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、解析五个要素统称为连接(Linking),如图所示:

  加载、验证、准备、初始化和卸载这五个阶段的顺序是选则的,类的加载过程才能 按照某些 顺序按部就班地结束,而解析阶段则不一定:它在某些情况汇报下都才能 在初始化阶段之前 再结束,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。有点才能 注意的是,类的加载过程才能 按照某些 顺序按部就班地“结束”,而否是 按部就班的“进行”或“完成”,机会那些阶段通常否是 相互交叉地混合式进行的,也统统说通常会在好几块 多多阶段执行的过程中调用或激活另外好几块 多多阶段。

  了解了Java类的生命周期之前 ,真难亲戚亲戚亲戚朋友现在来回答第好几块 多多现象:虚拟机那些之前 才会加载Class文件并初始化类呢?

1、类加载时机

  那些情况汇报下虚拟机才能 结束加载好几块 多多类呢?虚拟机规范中并真难对此进行强制约束,这点都才能 交给虚拟机的具体实现来自由把握。

2、类初始化时机

  真难,那些情况汇报下虚拟机才能 结束初始化好几块 多多类呢?这在虚拟机规范中是有严格规定的,虚拟机规范指明 有且真难 某些情况汇报才能 立即对类进行初始化(而某些 过程自然位于在加载、验证、准备之前 ):

  1) 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令(注意,newarray指令触发的统统数组类型某些的初始化,而不让原因分析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,也统统触发对类[Ljava.lang.String的初始化,而直接不让触发String类的初始化)时,机会类真难进行过初始化,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之前 ;
  • 读取或设置好几块 多多类的静态字段(被final修饰,已在编译器把结果里装 常量池的静态字段除外)的之前 ;
  • 调用好几块 多多类的静态法律方法的之前 。

  2) 使用java.lang.reflect包的法律方法对类进行反射调用的之前 ,机会类真难进行过初始化,则才能 先触发其初始化。

  3) 当初始化好几块 多多类的之前 ,机会发现其父类还真难进行过初始化,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 指定好几块 多多要执行的主类(带有main()法律方法的那个类),虚拟机会先初始化某些 主类。

  5) 当使用jdk1.7动态语言支持时,机会好几块 多多java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getstatic,REF_putstatic,REF_invokeStatic的法律方法句柄,某些某些 法律方法句柄所对应的类真难进行初始化,则才能 先出触发其初始化。

 注意,对于这某些会触发类进行初始化的场景,虚拟机规范中使用了好几块 多多很强烈的限定语:“有且真难”,这某些场景中的行为称为对好几块 多多类进行 主动引用。除此之外,所有引用类的法律方法,否是 会触发初始化,称为 被动引用。

  有点才能 指出的是,类的实例化与类的初始化是好几块 多多完整版不同的概念:

  • 类的实例化是指创建好几块 多多类的实例(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,是类生命周期中的好几块 多多阶段。

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,不让原因分析分析子类初始化

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,真难直接定义某些 字段的类才会被初始化,某些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让触发子类的初始化。在本例中,机会value字段是在类SClass中定义的,某些该类会被初始化;此外,在初始化类SClass时,虚拟机会发现其父类SSClass还未被初始化,某些虚拟机将先初始化父类SSClass,某些初始化子类SClass,而SubClass始终不让被初始化。

 2)、通过数组定义来引用类,不让触发此类的初始化

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,本质上并真难直接引用到定义常量的类,某些不让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
 */

上述代码运行之前 ,只输出 “hello world”,这是机会好的反义词在Java源码中引用了ConstClass类中的常量CONSTANT,某些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。也统统说,实际上NotInitialization的Class文件之中并真难ConstClass类的符号引用入口,某些 个类在编译为Class文件之前 就不位于关系了。


三. 类加载过程

  如上图所示,亲戚亲戚亲戚朋友在上文机会提到过好几块 多多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。现在亲戚亲戚亲戚朋友一一学习一下JVM在加载、验证、准备、解析和初始化五个阶段是如可对每个类进行操作的。

1、加载  

  加载是类加载过程中的好几块 多多阶段, 某些 阶段会在内存中生成好几块 多多代表某些 类的 java.lang.Class 对作为法律方法区某些 类的各种数据的入口。注意这里不一定非得要从好几块 多多 Class 文件获取,这里既都才能 从 ZIP 包中读取(比如从 jar 包和 war 包中读取),也都才能 在运行时计算生成(动态代理),也都才能 由其它文件生成(比如将 JSP 文件转打上去对应的 Class 类)。 

2、验证

  某些 阶段的主要目的是为了确保 Class 文件的字节流中带有的信息否是符合当前虚拟机的要求,并且不让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,即在法律方法区中分配那些变量所使用的内存空间。注意这里所说的初始值概念,比如好几块 多多类变量定义为 

public static int v = 3030;

实际上变量 v 在准备阶段之前 的初始值为 0 而否是 3030, 将 v 赋值为 3030 的 put static 指令是进程运行被编译后, 存放于类构造器<client>法律方法之中某些注意机会声明为 

public static final int v = 3030;

在编译阶段会为 v 生成 ConstantValue 属性,在准备阶段虚拟机会根据 ConstantValue 属性将 v赋值为 3030。 

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。符号引用统统 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, 引用的目标好的反义词一定要机会加载到内存中各种虚拟机实现的内存布局都才能 各不相同,某些它们能接受的符号引用才能 是一致的,机会符号引用的字面量形式明选则义在 Java 虚拟机规范的 Class 文件格式中 

 4.2 直接引用

   直接引用都才能 是指向目标的指针,相对偏移量或是好几块 多多能间接定位到目标的句柄。机会有了直接引用,那引用的目标必定机会在内存中位于。 

5、初始化

  初始化阶段是类加载最后好几块 多多阶段,前面的类加载阶段之前 ,除了在加载阶段都才能 自定义类加载器以外,其它操作都由 JVM 主导。到了初始阶段,才结束真正执行类中定义的 Java 进程运行代码 。初始化阶段是执行类构造器<client>法律方法的过程。 <client>法律方法是由编译器自动埋点类中的类变量的赋值操作和静态句子块中的句子合并而成的。虚拟机会保证子<client>法律方法执行之前 ,父类的<client>法律方法机会执行完毕, 机会好几块 多多类中真难对静态变量赋值也真难静态句子块,真难编译器都才能 不为某些 类生成<client>()法律方法 

 注意以下几种情况汇报不让执行类初始化:

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

  2. 定义对象数组,不让触发该类的初始化。

  3. 常量在编译期间会存入调用类的常量池中,本质上并真难直接引用定义常量的类,不让触

     发定义常量所在的类。

  4. 通过类名获取 Class 对象,不让触发类的初始化。

  5. 通过 Class.forName 加载指定类时,机会指定参数 initialize 为 false 时,统统会触发类初

   始化,好的反义词某些 参数是告诉虚拟机,否是要对类进行初始化。

  6.
通过 ClassLoader 默认的 loadClass 法律方法,统统会触发初始化动作。

   虚拟机会保证好几块 多多类的类构造器<clinit>()在多进程运行环境中被正确的加锁、同步,机会多个进程运行同時 去初始化好几块 多多类,真难只会好几块 多多进程运行去执行某些 类的类构造器<clinit>(),某些进程运行都才能 阻塞停留,直到活动进程运行执行<clinit>()法律方法完毕。有点才能 注意的是,在某些 情况汇报下,某些进程运行好的反义词会被阻塞,但机会执行<clinit>()法律方法的那条进程运行退出后,某些进程运行在唤醒之前 不让再次进入/执行<clinit>()法律方法,机会 在同好几块 多多类加载器下,好几块 多多类型只会被初始化一次。机会在好几块 多多类的<clinit>()法律方法带有耗时很长的操作,就机会造成多个进程运行阻塞,在实际应用中某些 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() {   // 匿名内部管理类
            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,进程运行Thread-1得到执行并在执行某些 类的类构造器<clinit>() 时,机会该法律方法带有好几块 多多死循环,某些久久真难退出。


四. 典型案例分析  

  在Java中, 创建好几块 多多对象常常才能 经历如下哪几块过程: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。

真难,亲戚亲戚亲戚朋友看看下面的进程运行的输出结果:

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() {   // 静态法律方法
        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
 */

亲戚亲戚亲戚朋友能得到正确答案吗?好的反义词笔者勉强猜出了正确答案,但总感觉有点。机会在初始化阶段,当JVM对类StaticTest进行初始化时,首先会执行下面的句子:

static StaticTest st = new StaticTest();

也统统实例化StaticTest对象,但某些 之前 类都真难初始化完毕啊,能直接进行实例化吗?事实上,这涉及到好几块 多多根本现象统统:实例初始化不一定要在类初始化结束之前 才结束初始化。 下面亲戚亲戚亲戚朋友结合类的加载过程说明某些 现象。

  亲戚亲戚亲戚朋友知道,类的生命周期是:加载->验证->准备->解析->初始化->使用->卸载,某些真难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,某些亲戚亲戚亲戚朋友只针对某些 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),某些在该阶段结束后,类变量st将变为null、b变为0。有点才能 注意的是,机会类变量是final的,真难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。也统统说,机会上述程度对变量b采用如下定义法律方法时:

 真难,在准备阶段b的值统统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埋点所有静态句子块和类变量的赋值句子按句子在源码中的顺序合并生成类构造器<clinit>()。某些,对上述进程运行而言,JVM将先执行第根小静态变量的赋值句子:

  在类都真难初始化完毕之前 ,能直接进行实例化相应的对象吗?

  事实上,从Java深层看,亲戚亲戚亲戚朋友知道好几块 多多类初始化的基本常识,那统统:在同好几块 多多类加载器下,好几块 多多类型只会被初始化一次。统统,一旦结束初始化好几块 多多类型,无论否是完成,后续否是 会再重新触发该类型的初始化阶段了(只考虑在同好几块 多多类加载器下的情况汇报)。某些,在实例化上述进程运行中的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,某些在里边的进程运行中,嵌入到了静态初始化的起始位置。这就原因分析分析了实例初始化完整版位于在静态初始化之前 ,当然,这也是原因分析分析a为110b为0的原因分析分析。

  某些,上述进程运行的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
    }
}

某些,上述进程运行会有里边的输出结果。下面,亲戚亲戚亲戚朋友对上述进程运行稍作改动,在进程运行最后的一行,增加以下代码行:

 static StaticTest st1 = new StaticTest();

真难,此时进程运行的输出又是那些呢?机会你对上述的内容理解很好句子,真难得出结论(真难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

真难下面的进程运行的执行结果是那些呢???

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埋点起来先执行,而父类才能 先于子类初始化,统统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()调用父类构造法律方法,在执行构造法律方法之前 要先执行非静态代码块,统统顺序是 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

运行进程运行,就知道结果。假使 真正理解类的实例化过程,同类现象不让再难道亲戚亲戚亲戚朋友了!