java类加载详解

2018年10月31日 1,016次阅读 1人点赞

JAVA源码编译由三个过程组成：1. 源码编译机制 2. 类加载机制 3. 类执行机制

我们这里主要介绍类加载机制。

一、源码编译

代码编译由JAVA源码编译器来完成。主要是将源码编译成字节码文件（class文件）。字节码文件格式主要分为两部分：常量池和方法字节码。

二、类加载

类从被加载到虚拟机内存中开始，直到卸载出内存为止，它的整个生命周期包括了：加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载这7个阶段。其中，验证、准备和解析这三个部分统称为连接（linking）。
《java类加载详解》

系统可能在第一次使用某个类时加载该类，也可能采用预加载机制来加载某个类，当运行某个java程序时，会启动一个java虚拟机进程，两次运行的java程序处于两个不同的JVM进程中，两个jvm之间并不会共享数据。

其中，加载、验证、准备、初始化和卸载这五个阶段的顺序是确定的，类的加载过程必须按照这种顺序按部就班的“开始”（仅仅指的是开始，而非执行或者结束，因为这些阶段通常都是互相交叉的混合进行，通常会在一个阶段执行的过程中调用或者激活另一个阶段），而解析阶段则不一定（它在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定。

类加载机制的步骤

JVM将类加载过程分为三个步骤：装载（load），链接（link）和初始化（initialize），其中链接又分为三个步骤：

  • 验证（varification）
  • 准备(Preparation)
  • 解析(Resolution);

装载阶段

这个流程中的加载（装载）是类加载机制中的一个阶段，这两个概念不要混淆，这个阶段需要完成的事情有：

1）通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。

2）将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。

3）在java堆中生成一个代表这个类的Class对象，作为访问方法区中这些数据的入口。

由于第一点没有指明从哪里获取以及怎样获取类的二进制字节流，所以这一块区域留给我开发者很大的发挥空间。这个我在后面的类加载器中在进行介绍。

加载阶段即可以使用系统提供的类加载器在完成，也可以由用户自定义的类加载器来完成。

加载阶段与连接阶段的部分内容(如一部分字节码文件格式验证动作)是交叉进行的，加载阶段尚未完成，连接阶段可能已经开始。

JVM在内存 中的 表现形式：
《java类加载详解》

验证阶段

验证是连接阶段的第一步，这一阶段的目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。

Java语言本身是相对安全的语言，使用Java编码是无法做到如访问数组边界以外的数据、将一个对象转型为它并未实现的类型等，如果这样做了，

编译器将拒绝编译。但是，Class文件并不一定是由Java源码编译而来，可以使用任何途径，

包括用十六进制编辑器(如UltraEdit)直接编写。如果直接编写了有害的“代码”(字节流)，而虚拟机在加载该Class时不进行检查的话，就有可能危害到虚拟机或程序的安全。

不同的虚拟机，对类验证的实现可能有所不同，但大致都会完成下面四个阶段的验证：
《java类加载详解》

准备阶段

这个阶段正式为类变量（被static修饰的变量）分配内存并设置类变量初始值，这个内存分配是发生在方法区中。

  1. 注意这里并没有对实例变量进行内存分配，实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在JAVA堆中。

  2. 这里设置的初始值，通常是指数据类型的零值。

private static int a = 3;

这个类变量a在准备阶段后的值是0，将3赋值给变量a是发生在初始化阶段。

解析阶段

解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。

符号引用（Symbolic Reference）：符号引用以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能无歧义地定位到目标即可。符号引用与虚拟机实现的内存布局无关，引用的目标并不一定已经加载到内存中。

直接引用（Direct Reference）：直接引用可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。直接引用是与虚拟机实现的内存布局相关的，如果有了直接引用，那么引用的目标必定已经在内存中存在。

初始化阶段

初始化是类加载机制的最后一步，这个时候才正真开始执行类中定义的JAVA程序代码。在前面准备阶段，类变量已经赋过一次系统要求的初始值，在初始化阶段最重要的事情就是对类变量进行初始化，关注的重点是父子类之间各类资源初始化的顺序。

java类中对类变量指定初始值有两种方式：
1. 声明类变量时指定初始值；
2. 使用静态初始化块为类变量指定初始值。

初始化的步骤

1、如果该类还没有加载和连接，则程序先加载该类并连接。

2、如果该类的直接父类没有加载，则先初始化其直接父类。

3、如果类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句。

在第二个步骤中，如果直接父类又有直接父类，则系统会再次重复这三个步骤来初始化这个父类，依次类推，JVM最先初始化的总是java.lang.Object类。当程序主动使用任何一个类时，系统会保证该类以及所有的父类都会被初始化。

以下是java中静态语句块和非静态语句块以及构造方法的执行顺序
调用顺序：父类静态，子类静态，父类非静态，父类构造，子类非静态，子类构造

什么时候才能触发初始化？

** 1）创建类实例的时候，分别有：1、使用new关键字创建实例；2、通过反射创建实例；3、通过反序列化方式创建实例。**

  new Test();

  Class.forName(“com.mengdd.Test”);

2）调用某个类的类方法（静态方法）

Test.doSomething();

**3）访问某个类或接口的类变量，或为该类变量赋值。 **

int b=Test.a;
Test.a=b;

4）初始化某个类的子类。当初始化子类的时候，该子类的所有父类都会被初始化。

5）直接使用java.exe命令来运行某个主类。

不会初始化的被动引用

1、子类引用父类的静态变量，不会导致子类初始化。

public class SupClass
{
    public static int a = 123;

    static
    {
        System.out.println("supclass init");
    }
}

public class SubClass extends SupClass
{
    static
    {
        System.out.println("subclass init");
    }
}

public class Test
{
    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println(SubClass.a);
    }
}

执行结果

supclass init
123

可以看到，子类调用了父类的静态变量，但是只初始化了父类而没有初始化子类


2、通过数组定义引用类，不会触发该类的初始化

public class SupClass
{
    public static int a = 123;

    static
    {
        System.out.println("supclass init");
    }
}

public class Test
{
    public static void main(String[] args)
    {
        SupClass[] spc = new SupClass[10];
    }
}

执行结果没有输出

3、引用常量时，不会触发该类的初始化

public class ConstClass
{
    public static final String A=  "MIGU";

    static
    {
        System.out.println("ConstCLass init");
    }
}

public class TestMain
{
    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println(ConstClass.A);
    }
}

执行结果

MIGU

用final修饰某个类变量时，它的值在编译时就已经确定好放入常量池了，所以在访问该类变量时，等于直接从常量池中获取，并没有初始化该类。

类加载器详解

下面这篇文章介绍的很详细，我就不多费笔墨了
深入理解Java类加载器(ClassLoader) https://blog.csdn.net/javazejian/article/details/73413292

参考

JAVA类加载机制详解 https://www.cnblogs.com/dongguacai/p/5860241.html
java类加载详解 https://www.cnblogs.com/zhangyu0217—-/p/7625536.html

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