JVM类生命周期概述:加载时机与加载过程

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  一一一三个.java文件在编译一定会形成相应的一一一三个或多个Class文件,那此Class文件中描述了类的各种信息,但是 它们最终都需要被加载到虚拟机中也能被运行和使用。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,最终形成还也能被虚拟机直接使用的Java类型的过程但是虚拟机的类加载机制。本文概述了JVM加载类的时机和中命周期,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

  亲戚村里人 知道,一一一三个.java文件在编译一定会形成相应的一一一三个或多个Class文件(若一一一三个类含有高内内外部类,则编译一定会产生多个Class文件),但那此Class文件中描述的各种信息,最终都需要加载到虚拟机中以前也能被运行和使用。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,最终形成还也能被虚拟机直接使用的Java类型的过程但是虚拟机的 类加载机制。  

  与那此在编译需要要进行连接工作的语言不同,在Java语言后边,类型的加载和连接全是在守护线程运行期间完成,从时会在类加载时稍微增加这些 性能开销,但是 却能为Java应用守护线程提供宽度的灵活性,Java中天生还也能动态扩展的语言社会形态多态但是依赖运行期动态加载和动态链接这些 特点实现的。这类,但是 编写一一一三个使用接口的应用守护线程,还也能等到运行时再指定我觉得际的实现。这些 组装应用守护线程的土依据广泛应用于Java守护线程之中。

  既然从前,越来越,

  • 虚拟机那此以前才会加载Class文件并初始化类呢?(类加载和初始化时机)
  • 虚拟机咋样加载一一一三个Class文件呢?(Java类加载的土依据:类加载器、双亲委派机制)
  • 虚拟机加载一一一三个Class文件要经历那此具体的步骤呢?(类加载过程/步骤)

本文主要对第一一一三个和第一一一三个问题图片进行阐述。


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、解析八个每项统称为连接(Linking),如图所示:

  加载、验证、准备、初始化和卸载这八个阶段的顺序是选取的,类的加载过程需要按照这些 顺序按部就班地结束,而解析阶段则不一定:它在这些 状态下还也能在初始化阶段以前再结束,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。很糙需要注意的是,类的加载过程需要按照这些 顺序按部就班地“结束”,而全是按部就班的“进行”或“完成”,但是 那此阶段通常全是相互交叉地混合式进行的,也但是说通常会在一一一三个阶段执行的过程中调用或激活另外一一一三个阶段。

  了解了Java类的生命周期以前,越来越亲戚村里人 现在来回答第一一一三个问题图片:虚拟机那此以前才会加载Class文件并初始化类呢?

1、类加载时机

  那此状态下虚拟机需要结束加载一一一三个类呢?虚拟机规范中并越来越对此进行强制约束,这点还也能交给虚拟机的具体实现来自由把握。

2、类初始化时机

  越来越,那此状态下虚拟机需要结束初始化一一一三个类呢?这在虚拟机规范中是有严格规定的,虚拟机规范指明 有且必须 本身 状态需要立即对类进行初始化(而这些 过程自然处于在加载、验证、准备以前):

  1) 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令(注意,newarray指令触发的但是数组类型本身 的初始化,而不必是因为 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,也但是触发对类[Ljava.lang.String的初始化,而直接不必触发String类的初始化)时,但是 类越来越进行过初始化,则需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以前;
  • 读取或设置一一一三个类的静态字段(被final修饰,已在编译器把结果放上常量池的静态字段除外)的以前;
  • 调用一一一三个类的静态土依据的以前。

  2) 使用java.lang.reflect包的土依据对类进行反射调用的以前,但是 类越来越进行过初始化,则需要先触发其初始化。

  3) 当初始化一一一三个类的以前,但是 发现其父类还越来越进行过初始化,则需要先触发其父类的初始化。

  4) 当虚拟机启动时,用户需要指定一一一三个要执行的主类(含有main()土依据的那个类),虚拟但是 先初始化这些 主类。

  5) 当使用jdk1.7动态语言支持时,但是 一一一三个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getstatic,REF_putstatic,REF_invokeStatic的土依据句柄,但是 这些 土依据句柄所对应的类越来越进行初始化,则需要先出触发其初始化。

 注意,对于这本身 会触发类进行初始化的场景,虚拟机规范中使用了一一一三个很强烈的限定语:“有且必须”,这本身 场景中的行为称为对一一一三个类进行 主动引用。除此之外,所有引用类的土依据,全是会触发初始化,称为 被动引用。

  很糙需要指出的是,类的实例化与类的初始化是一一一三个完整性不同的概念:

  • 类的实例化是指创建一一一三个类的实例(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,是类生命周期中的一一一三个阶段。

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,不必是因为 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,必须直接定义这些 字段的类才会被初始化,但是 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,但是 value字段是在类SClass中定义的,但是 该类会被初始化;此外,在初始化类SClass时,虚拟但是 发现其父类SSClass还未被初始化,但是 虚拟机将先初始化父类SSClass,但是 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,本质上并越来越直接引用到定义常量的类,但是 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
 */

上述代码运行以前,只输出 “hello world”,这是但是 觉得在Java源码中引用了ConstClass类中的常量CONSTANT,但是 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。也但是说,实际上NotInitialization的Class文件之中并越来越ConstClass类的符号引用入口,这些 一三个类在编译为Class文件以前就不处于关系了。


三. 类加载过程

  如上图所示,亲戚村里人 在上文但是 提到过一一一三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。现在亲戚村里人 一一学习一下JVM在加载、验证、准备、解析和初始化八个阶段是咋样对每个类进行操作的。

1、加载  

  加载是类加载过程中的一一一三个阶段, 这些 阶段会在内存中生成一一一三个代表这些 类的 java.lang.Class 对作为土依据区这些 类的各种数据的入口。注意这里不一定非得要从一一一三个 Class 文件获取,这里既还也能从 ZIP 包中读取(比如从 jar 包和 war 包中读取),也还也能在运行时计算生成(动态代理),也还也能由其它文件生成(比如将 JSP 文件转加在对应的 Class 类)。 

2、验证

  这些 阶段的主要目的是为了确保 Class 文件的字节流含有高的信息是有无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,即在土依据区中分配那此变量所使用的内存空间。注意这里所说的初始值概念,比如一一一三个类变量定义为 

public static int v = 150150;

实际上变量 v 在准备阶段以前的初始值为 0 而全是 150150, 将 v 赋值为 150150 的 put static 指令是守护线程被编译后, 存放于类构造器<client>土依据之中但是 注意但是 声明为 

public static final int v = 150150;

在编译阶段会为 v 生成 ConstantValue 属性,在准备阶段虚拟但是 根据 ConstantValue 属性将 v赋值为 150150。 

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。符号引用但是 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, 引用的目标不必一定要但是 加载到内存中各种虚拟机实现的内存布局还也能各不相同,但是 它们能接受的符号引用需但是一致的,但是 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

   直接引用还也能是指向目标的指针,相对偏移量或是一一一三个能间接定位到目标的句柄。但是 有了直接引用,那引用的目标必定但是 在内存中处于。 

5、初始化

  初始化阶段是类加载最后一一一三个阶段,前面的类加载阶段以前,除了在加载阶段还也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 守护线程代码 。初始化阶段是执行类构造器<client>土依据的过程。 <client>土依据是由编译器自动分发类中的类变量的赋值操作和静态得话块中的得话合并而成的。虚拟但是 保证子<client>土依据执行以前,父类的<client>土依据但是 执行完毕, 但是 一一一三个类中越来越对静态变量赋值也越来越静态得话块,越来越编译器还也能不为这些 类生成<client>()土依据 

 注意以下几种状态不必执行类初始化:

  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,本质上并越来越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,但是 指定参数 initialize 为 false 时,但是会触发类初

   始化,我觉得这些 参数是告诉虚拟机,是有无要对类进行初始化。

  6.
通过 ClassLoader 默认的 loadClass 土依据,但是会触发初始化动作。

   虚拟但是 保证一一一三个类的类构造器<clinit>()在多守护线程环境中被正确的加锁、同步,但是 多个守护线程一并去初始化一一一三个类,越来越只会有一一一三个守护线程去执行这些 类的类构造器<clinit>(),这些 守护线程都需要阻塞等待时间,直到活动守护线程执行<clinit>()土依据完毕。很糙需要注意的是,在这些 状态下,这些 守护线程觉得会被阻塞,但但是 执行<clinit>()土依据的那条守护线程退出后,这些 守护线程在唤醒以前不必再次进入/执行<clinit>()土依据,但是 在同一一一三个类加载器下,一一一三个类型只会被初始化一次。但是 在一一一三个类的<clinit>()土依据含有耗时很长的操作,就但是 造成多个守护线程阻塞,在实际应用中这些 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() {   // 匿名内内外部类
            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,守护线程Thread-1得到执行并在执行这些 类的类构造器<clinit>() 时,但是 该土依据含有一一一三个死循环,但是 久久必须退出。


四. 典型案例分析  

  在Java中, 创建一一一三个对象常常需要经历如下2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。

越来越,亲戚村里人 看看下面的守护线程的输出结果:

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() {   // 静态土依据
        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
 */

亲戚村里人 能得到正确答案吗?觉得笔者勉强猜出了正确答案,但总感觉很糙。但是 在初始化阶段,当JVM对类StaticTest进行初始化时,首先会执行下面的得话:

static StaticTest st = new StaticTest();

也但是实例化StaticTest对象,但这些 以前类都越来越初始化完毕啊,能直接进行实例化吗?事实上,这涉及到一一一三个根本问题图片但是:实例初始化不一定要在类初始化结束以前才结束初始化。 下面亲戚村里人 结合类的加载过程说明这些 问题图片。

  亲戚村里人 知道,类的生命周期是:加载->验证->准备->解析->初始化->使用->卸载,但是 必须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,但是 亲戚村里人 只针对这些 一三个阶段进行分析:

  首先,在类的准备阶段需要做的是为类变量(static变量)分配内存并设置默认值(零值),但是 在该阶段结束后,类变量st将变为null、b变为0。很糙需要注意的是,但是 类变量是final的,越来越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。也但是说,但是 上述程度对变量b采用如下定义土依据时:

 越来越,在准备阶段b的值但是112,而不再是0了。

  此外,在类的初始化阶段需要做的是执行类构造器<clinit>(),需要指出的是,类构造器本质上是编译器分发所有静态得话块和类变量的赋值得话按得话在源码中的顺序合并生成类构造器<clinit>()。但是 ,对上述守护线程而言,JVM将先执行根小静态变量的赋值得话:

  在类都越来越初始化完毕以前,能直接进行实例化相应的对象吗?

  事实上,从Java宽度看,亲戚村里人 知道一一一三个类初始化的基本常识,那但是:在同一一一三个类加载器下,一一一三个类型只会被初始化一次。很多很多,一旦结束初始化一一一三个类型,无论是有无完成,后续全是会再重新触发该类型的初始化阶段了(只考虑在同一一一三个类加载器下的状态)。但是 ,在实例化上述守护线程中的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,但是 在后边的守护线程中,嵌入到了静态初始化的起始位置。这就是因为 了实例初始化完整性处于在静态初始化以前,当然,这也是是因为 a为110b为0的是因为 。

  但是 ,上述守护线程的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
    }
}

但是 ,上述守护线程会有后边的输出结果。下面,亲戚村里人 对上述守护线程稍作改动,在守护线程最后的一行,增加以下代码行:

 static StaticTest st1 = new StaticTest();

越来越,此时守护线程的输出又是那此呢?但是 你对上述的内容理解很好得话,比较慢得出结论(必须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

越来越下面的守护线程的执行结果是那此呢???

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分发起来先执行,而父类需要先于子类初始化,很多很多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()调用父类构造土依据,在执行构造土依据以需要先执行非静态代码块,很多很多顺序是 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

运行守护线程,就知道结果。但是真正理解类的实例化过程,这类问题图片不必再难道亲戚村里人 了!