JVM类生命周期概述:加载时机与加载过程

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  原本.java文件在编译全是形成相应的原本或多个Class文件,哪些Class文件中描述了类的各种信息,假若它们最终都须要被加载到虚拟机中不能被运行和使用。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,最终形成不能被虚拟机直接使用的Java类型的过程也不虚拟机的类加载机制。本文概述了JVM加载类的时机和生命周期,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

  亲戚亲戚亲们知道,原本.java文件在编译全是形成相应的原本或多个Class文件(若原本类中中有 內部类,则编译全是产生多个Class文件),但哪些Class文件中描述的各种信息,最终都须要加载到虚拟机中时候不能被运行和使用。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,最终形成不能被虚拟机直接使用的Java类型的过程也不虚拟机的 类加载机制。  

  与哪些在编译时须要进行连接工作的语言不同,在Java语言中间,类型的加载和连接完整性全是在应用程序池池运行期间完成,原本会在类加载时稍微增加有些性能开销,假若却能为Java应用应用程序池池提供强度的灵活性,Java中天生不能动态扩展的语言形状多态也不依赖运行期动态加载和动态链接你是什么 特点实现的。相似,假若编写原本使用接口的应用应用程序池池,不能等到运行时再指定着实际的实现。你是什么 组装应用应用程序池池的妙招广泛应用于Java应用程序池池之中。

  既然原本,那么,

  • 虚拟机哪些时候才会加载Class文件并初始化类呢?(类加载和初始化时机)
  • 虚拟机何如加载原本Class文件呢?(Java类加载的妙招:类加载器、双亲委派机制)
  • 虚拟机加载原本Class文件要经历哪些具体的步骤呢?(类加载过程/步骤)

本文主要对第原本和第原本现象进行阐述。


二. 类加载的时机 

  Java类从被加载到虚拟机内存中时候开始英语 英语 ,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、解析一个多每段统称为连接(Linking),如图所示:

  加载、验证、准备、初始化和卸载你是什么个多阶段的顺序是选取的,类的加载过程须要按照你是什么 顺序按部就班地时候开始英语 英语 ,而解析阶段则不一定:它在有些情形下不能在初始化阶段时候再时候开始英语 英语 ,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。有点儿须要注意的是,类的加载过程须要按照你是什么 顺序按部就班地“时候开始英语 英语 ”,而完整性全是按部就班的“进行”或“完成”,假若哪些阶段通常完整性全是相互交叉地混合式进行的,也也不说通常会在原本阶段执行的过程中调用或激活另外原本阶段。

  了解了Java类的生命周期时候,那么亲戚亲戚亲们现在来回答第原本现象:虚拟机哪些时候才会加载Class文件并初始化类呢?

1、类加载时机

  哪些情形下虚拟机须要时候开始英语 英语 加载原本类呢?虚拟机规范中并那么对此进行强制约束,这点不能交给虚拟机的具体实现来自由把握。

2、类初始化时机

  那么,哪些情形下虚拟机须要时候开始英语 英语 初始化原本类呢?这在虚拟机规范中是有严格规定的,虚拟机规范指明 有且不能了 你是什么情形须要立即对类进行初始化(而你是什么 过程自然指在在加载、验证、准备时候):

  1) 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令(注意,newarray指令触发的也不数组类型你是什么的初始化,而无需原困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,也也不触发对类[Ljava.lang.String的初始化,而直接无需触发String类的初始化)时,假若类那么进行过初始化,则须要先对其进行初始化。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时候;
  • 读取或设置原本类的静态字段(被final修饰,已在编译器把结果装进去去 常量池的静态字段除外)的时候;
  • 调用原本类的静态妙招的时候。

  2) 使用java.lang.reflect包的妙招对类进行反射调用的时候,假若类那么进行过初始化,则须要先触发其初始化。

  3) 当初始化原本类的时候,假若发现其父类还那么进行过初始化,则须要先触发其父类的初始化。

  4) 当虚拟机启动时,用户须要指定原本要执行的主类(中有 main()妙招的那个类),虚拟假若先初始化你是什么 主类。

  5) 当使用jdk1.7动态语言支持时,假若原本java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getstatic,REF_putstatic,REF_invokeStatic的妙招句柄,假若你是什么 妙招句柄所对应的类那么进行初始化,则须要先出触发其初始化。

 注意,对于这你是什么会触发类进行初始化的场景,虚拟机规范中使用了原本很强烈的限定语:“有且不能了”,这你是什么场景中的行为称为对原本类进行 主动引用。除此之外,所有引用类的妙招,完整性全是会触发初始化,称为 被动引用。

  有点儿须要指出的是,类的实例化与类的初始化是原本完整性不同的概念:

  • 类的实例化是指创建原本类的实例(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,是类生命周期中的原本阶段。

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,无需原困子类初始化

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,不能了直接定义你是什么 字段的类才会被初始化,假若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无需触发子类的初始化。在本例中,假若value字段是在类SClass中定义的,假若该类会被初始化;此外,在初始化类SClass时,虚拟假若发现其父类SSClass还未被初始化,假若虚拟机将先初始化父类SSClass,假若初始化子类SClass,而SubClass始终无需被初始化。

 2)、通过数组定义来引用类,无需触发此类的初始化

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,本质上并那么直接引用到定义常量的类,假若无需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
 */

上述代码运行时候,只输出 “hello world”,这是假若着实在Java源码中引用了ConstClass类中的常量CONSTANT,假若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。也也不说,实际上NotInitialization的Class文件之中并那么ConstClass类的符号引用入口,这原本类在编译为Class文件时候就不指在关系了。


三. 类加载过程

  如上图所示,亲戚亲戚亲们在上文假若提到过原本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。现在亲戚亲戚亲们一一学习一下JVM在加载、验证、准备、解析和初始化一个多阶段是何如对每个类进行操作的。

1、加载  

  加载是类加载过程中的原本阶段, 你是什么 阶段会在内存中生成原本代表你是什么 类的 java.lang.Class 对作为妙招区你是什么 类的各种数据的入口。注意这里不一定非得要从原本 Class 文件获取,这里既不能从 ZIP 包中读取(比如从 jar 包和 war 包中读取),也不能在运行时计算生成(动态代理),也不能由其它文件生成(比如将 JSP 文件转加进去对应的 Class 类)。 

2、验证

  你是什么 阶段的主要目的是为了确保 Class 文件的字节流中中有 的信息算不算符合当前虚拟机的要求,并且无需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,即在妙招区中分配哪些变量所使用的内存空间。注意这里所说的初始值概念,比如原本类变量定义为 

public static int v = 30003000;

实际上变量 v 在准备阶段时候的初始值为 0 而完整性全是 30003000, 将 v 赋值为 30003000 的 put static 指令是应用程序池池被编译后, 存放于类构造器<client>妙招之中假若注意假若声明为 

public static final int v = 30003000;

在编译阶段会为 v 生成 ConstantValue 属性,在准备阶段虚拟假若根据 ConstantValue 属性将 v赋值为 30003000。 

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。符号引用也不 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, 引用的目标从不一定要假若加载到内存中各种虚拟机实现的内存布局不能各不相同,假若它们能接受的符号引用须也不一致的,假若符号引用的字面量形式明选取义在 Java 虚拟机规范的 Class 文件格式中 

 4.2 直接引用

   直接引用不能是指向目标的指针,相对偏移量或是原本能间接定位到目标的句柄。假若有了直接引用,那引用的目标必定假若在内存中指在。 

5、初始化

  初始化阶段是类加载最后原本阶段,前面的类加载阶段时候,除了在加载阶段不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,才时候开始英语 英语 真正执行类中定义的 Java 应用程序池池代码 。初始化阶段是执行类构造器<client>妙招的过程。 <client>妙招是由编译器自动整理类中的类变量的赋值操作和静态一句话块中的一句话合并而成的。虚拟假若保证子<client>妙招执行时候,父类的<client>妙招假若执行完毕, 假若原本类中那么对静态变量赋值也那么静态一句话块,那么编译器不能不为你是什么 类生成<client>()妙招 

 注意以下几种情形无需执行类初始化:

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

  2. 定义对象数组,无需触发该类的初始化。

  3. 常量在编译期间会存入调用类的常量池中,本质上并那么直接引用定义常量的类,无需触

     发定义常量所在的类。

  4. 通过类名获取 Class 对象,无需触发类的初始化。

  5. 通过 Class.forName 加载指定类时,假若指定参数 initialize 为 false 时,也不会触发类初

   始化,着实你是什么 参数是告诉虚拟机,算不算要对类进行初始化。

  6.
通过 ClassLoader 默认的 loadClass 妙招,也不会触发初始化动作。

   虚拟假若保证原本类的类构造器<clinit>()在应用程序池池环境中被正确的加锁、同步,假若多个应用程序池并肩去初始化原本类,那么只会有原本应用程序池去执行你是什么 类的类构造器<clinit>(),有些应用程序池都须要阻塞等候,直到活动应用程序池执行<clinit>()妙招完毕。有点儿须要注意的是,在你是什么 情形下,有些应用程序池着实会被阻塞,但假若执行<clinit>()妙招的那条应用程序池退出后,有些应用程序池在唤醒时候无需再次进入/执行<clinit>()妙招,假若 在同原本类加载器下,原本类型只会被初始化一次。假若在原本类的<clinit>()妙招中有 耗时很长的操作,就假若造成多个应用程序池阻塞,在实际应用中你是什么 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() {   // 匿名內部类
            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,应用程序池Thread-1得到执行并在执行你是什么 类的类构造器<clinit>() 时,假若该妙招中有 原本死循环,假若久久不能了退出。


四. 典型案例分析  

  在Java中, 创建原本对象常常须要经历如下几个过程: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。

那么,亲戚亲戚亲们看看下面的应用程序池池的输出结果:

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() {   // 静态妙招
        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
 */

亲戚亲戚亲们能得到正确答案吗?着实笔者勉强猜出了正确答案,但总感觉有点儿。假若在初始化阶段,当JVM对类StaticTest进行初始化时,首先会执行下面的一句话:

static StaticTest st = new StaticTest();

也也不实例化StaticTest对象,但你是什么 时候类都那么初始化完毕啊,能直接进行实例化吗?事实上,这涉及到原本根本现象也不:实例初始化不一定要在类初始化时候开始英语 英语 时候才时候开始英语 英语 初始化。 下面亲戚亲戚亲们结合类的加载过程说明你是什么 现象。

  亲戚亲戚亲们知道,类的生命周期是:加载->验证->准备->解析->初始化->使用->卸载,假若不能了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,假若亲戚亲戚亲们只针对这原本阶段进行分析:

  首先,在类的准备阶段须要做的是为类变量(static变量)分配内存并设置默认值(零值),假若在该阶段时候开始英语 英语 后,类变量st将变为null、b变为0。有点儿须要注意的是,假若类变量是final的,那么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。也也不说,假若上述程度对变量b采用如下定义妙招时:

 那么,在准备阶段b的值也不112,而不再是0了。

  此外,在类的初始化阶段须要做的是执行类构造器<clinit>(),须要指出的是,类构造器本质上是编译器整理所有静态一句话块和类变量的赋值一句话按一句话在源码中的顺序合并生成类构造器<clinit>()。假若,对上述应用程序池池而言,JVM将先执行第二根静态变量的赋值一句话:

  在类都那么初始化完毕时候,能直接进行实例化相应的对象吗?

  事实上,从Java强度看,亲戚亲戚亲们知道原本类初始化的基本常识,那也不:在同原本类加载器下,原本类型只会被初始化一次。有些有些,一旦时候开始英语 英语 初始化原本类型,无论算不算完成,后续完整性全是会再重新触发该类型的初始化阶段了(只考虑在同原本类加载器下的情形)。假若,在实例化上述应用程序池池中的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,假若在中间的应用程序池池中,嵌入到了静态初始化的起始位置。这也不原困了实例初始化完整性指在在静态初始化时候,当然,这也是原困a为110b为0的原困。

  假若,上述应用程序池池的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
    }
}

假若,上述应用程序池池会有中间的输出结果。下面,亲戚亲戚亲们对上述应用程序池池稍作改动,在应用程序池池最后的一行,增加以下代码行:

 static StaticTest st1 = new StaticTest();

那么,此时应用程序池池的输出又是哪些呢?假若你对上述的内容理解很好一句话,真难得出结论(不能了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

那么下面的应用程序池池的执行结果是哪些呢???

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整理起来先执行,而父类须要先于子类初始化,有些有些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()调用父类构造妙招,在执行构造妙招过时候先执行非静态代码块,有些有些顺序是 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

运行应用程序池池,就知道结果。假若真正理解类的实例化过程,相似现象无需再难道亲戚亲戚亲们了!