JVM类生命周期概述:加载时机与加载过程

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  有有一个多 .java文件在编译不需要 形成相应的有有一个多 或多个Class文件,哪些Class文件中描述了类的各种信息,只是它们最终都不需要 被加载到虚拟机中不需要 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,最终形成不需要 被虚拟机直接使用的Java类型的过程只是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

  大伙 知道,有有一个多 .java文件在编译不需要 形成相应的有有一个多 或多个Class文件(若有有一个多 类中中有 内控 类,则编译不需要 产生多个Class文件),但哪些Class文件中描述的各种信息,最终都不需要 加载到虚拟机中之前 不需要 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,最终形成不需要 被虚拟机直接使用的Java类型的过程只是虚拟机的 类加载机制。  

  与哪些在编译时不需要 进行连接工作的语言不同,在Java语言上面,类型的加载和连接不需要 在线程池池运行期间完成,另有有一个多会在类加载时稍微增加某些性能开销,只是却能为Java应用线程池池提供强度的灵活性,Java中天生不需要 动态扩展的语言型态多态只是依赖运行期动态加载和动态链接这个特点实现的。同类,肯能编写有有一个多 使用接口的应用线程池池,不需要 等到运行时再指定觉得际的实现。这个组装应用线程池池的妙招广泛应用于Java线程池池之中。

  既然另有有一个多,没人了,

  • 虚拟机哪些之前 才会加载Class文件并初始化类呢?(类加载和初始化时机)
  • 虚拟机怎么加载有有一个多 Class文件呢?(Java类加载的妙招:类加载器、双亲委派机制)
  • 虚拟机加载有有一个多 Class文件要经历哪些具体的步骤呢?(类加载过程/步骤)

本文主要对第有有一个多 和第有有一个多 难题进行阐述。


二. 类加载的时机 

  Java类从被加载到虚拟机内存中开始,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、解析十个 偏离 统称为连接(Linking),如图所示:

  加载、验证、准备、初始化和卸载这十个 阶段的顺序是选泽的,类的加载过程不需要 按照这个顺序按部就班地开始,而解析阶段则不一定:它在某些请况下不需要 在初始化阶段之前 再开始,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。一阵一阵不需要 注意的是,类的加载过程不需要 按照这个顺序按部就班地“开始”,而不需要 按部就班的“进行”或“完成”,肯能哪些阶段通常不需要 相互交叉地混合式进行的,也却搞笑的话通常会在有有一个多 阶段执行的过程中调用或激活另外有有一个多 阶段。

  了解了Java类的生命周期之前 ,没人了大伙 现在来回答第有有一个多 难题:虚拟机哪些之前 才会加载Class文件并初始化类呢?

1、类加载时机

  哪些请况下虚拟机不需要 开始加载有有一个多 类呢?虚拟机规范中并没人了对此进行强制约束,这点不需要 交给虚拟机的具体实现来自由把握。

2、类初始化时机

  没人了,哪些请况下虚拟机不需要 开始初始化有有一个多 类呢?这在虚拟机规范中是有严格规定的,虚拟机规范指明 有且不可不需要需要 两种 请况不需要 立即对类进行初始化(而这个过程自然所处在加载、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指令触发的只是数组类型两种 的初始化,而不需要由于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,也只是触发对类[Ljava.lang.String的初始化,而直接不需要触发String类的初始化)时,肯能类没人了进行过初始化,则不需要 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之前 ;
  • 读取或设置有有一个多 类的静态字段(被final修饰,已在编译器把结果塞进 常量池的静态字段除外)的之前 ;
  • 调用有有一个多 类的静态妙招的之前 。

  2) 使用java.lang.reflect包的妙招对类进行反射调用的之前 ,肯能类没人了进行过初始化,则不需要 先触发其初始化。

  3) 当初始化有有一个多 类的之前 ,肯能发现其父类还没人了进行过初始化,则不需要 先触发其父类的初始化。

  4) 当虚拟机启动时,用户不需要 指定有有一个多 要执行的主类(中有 main()妙招的那个类),虚拟肯能先初始化这个主类。

  5) 当使用jdk1.7动态语言支持时,肯能有有一个多 java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getstatic,REF_putstatic,REF_invokeStatic的妙招句柄,只是这个妙招句柄所对应的类没人了进行初始化,则不需要 先出触发其初始化。

 注意,对于这两种 会触发类进行初始化的场景,虚拟机规范中使用了有有一个多 很强烈的限定语:“有且不可不需要需要 ”,这两种 场景中的行为称为对有有一个多 类进行 主动引用。除此之外,所有引用类的妙招,不需要 会触发初始化,称为 被动引用。

  一阵一阵不需要 指出的是,类的实例化与类的初始化是有有一个多 全部不同的概念:

  • 类的实例化是指创建有有一个多 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,是类生命周期中的有有一个多 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,不需要由于子类初始化

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,不可不需要需要 直接定义这个字段的类才会被初始化,只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需要触发子类的初始化。在本例中,肯能value字段是在类SClass中定义的,只是该类会被初始化;此外,在初始化类SClass时,虚拟肯能发现其父类SSClass还未被初始化,只是虚拟机将先初始化父类SSClass,只是初始化子类SClass,而SubClass始终不需要被初始化。

 2)、通过数组定义来引用类,不需要触发此类的初始化

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,本质上并没人了直接引用到定义常量的类,只是需要需要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”,这是肯能觉得在Java源码中引用了ConstClass类中的常量CONSTANT,只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。也却搞笑的话,实际上NotInitialization的Class文件之中并没人了ConstClass类的符号引用入口,这有有一个多 类在编译为Class文件之前 就不所处关系了。


三. 类加载过程

  如上图所示,大伙 在上文肯能提到过有有一个多 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。现在大伙 一一学习一下JVM在加载、验证、准备、解析和初始化十个 阶段是怎么对每个类进行操作的。

1、加载  

  加载是类加载过程中的有有一个多 阶段, 这个阶段会在内存中生成有有一个多 代表这个类的 java.lang.Class 对作为妙招区这个类的各种数据的入口。注意这里不一定非得要从有有一个多 Class 文件获取,这里既不需要 从 ZIP 包中读取(比如从 jar 包和 war 包中读取),只是需要 在运行时计算生成(动态代理),只是需要 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

  这个阶段的主要目的是为了确保 Class 文件的字节流中中有 的信息是否 符合当前虚拟机的要求,并且不需要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,比如有有一个多 类变量定义为 

public static int v = 150150;

实际上变量 v 在准备阶段之前 的初始值为 0 而不需要 150150, 将 v 赋值为 150150 的 put static 指令是线程池池被编译后, 存放于类构造器<client>妙招之中只是注意肯能声明为 

public static final int v = 150150;

在编译阶段会为 v 生成 ConstantValue 属性,在准备阶段虚拟肯能根据 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。符号引用只是 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, 引用的目标不须一定要肯能加载到内存中各种虚拟机实现的内存布局不需要 各不相同,只是它们能接受的符号引用不需要 是一致的,肯能符号引用的字面量形式明选泽义在 Java 虚拟机规范的 Class 文件格式中 

 4.2 直接引用

   直接引用不需要 是指向目标的指针,相对偏移量或是有有一个多 能间接定位到目标的句柄。肯能有了直接引用,那引用的目标必定肯能在内存中所处。 

5、初始化

  初始化阶段是类加载最后有有一个多 阶段,前面的类加载阶段之前 ,除了在加载阶段不需要 自定义类加载器以外,其它操作都由 JVM 主导。到了初始阶段,才开始真正执行类中定义的 Java 线程池池代码 。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采集类中的类变量的赋值操作和静态搞笑的话块中的搞笑的话合并而成的。虚拟肯能保证子<client>妙招执行之前 ,父类的<client>妙招肯能执行完毕, 肯能有有一个多 类中没人了对静态变量赋值也没人了静态搞笑的话块,没人了编译器不需要 不为这个类生成<client>()妙招 

 注意以下几种请况不需要执行类初始化:

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

  2. 定义对象数组,不需要触发该类的初始化。

  3. 常量在编译期间会存入调用类的常量池中,本质上并没人了直接引用定义常量的类,不需要触

     发定义常量所在的类。

  4. 通过类名获取 Class 对象,不需要触发类的初始化。

  5. 通过 Class.forName 加载指定类时,肯能指定参数 initialize 为 false 时,只是需要触发类初

   始化,觉得这个参数是告诉虚拟机,是否 要对类进行初始化。

  6.
通过 ClassLoader 默认的 loadClass 妙招,只是需要触发初始化动作。

   虚拟肯能保证有有一个多 类的类构造器<clinit>()在线程池池池环境中被正确的加锁、同步,肯能多个线程池池一起去去初始化有有一个多 类,没人了只会有有有一个多 线程池池去执行这个类的类构造器<clinit>(),某些线程池池都不需要 阻塞停留,直到活动线程池池执行<clinit>()妙招完毕。一阵一阵不需要 注意的是,在这个请况下,某些线程池池觉得会被阻塞,但肯能执行<clinit>()妙招的那条线程池池退出后,某些线程池池在唤醒之前 不需要再次进入/执行<clinit>()妙招,肯能 在同有有一个多 类加载器下,有有一个多 类型只会被初始化一次。肯能在有有一个多 类的<clinit>()妙招中有 耗时很长的操作,就肯能造成多个线程池池阻塞,在实际应用中这个阻塞往往是隐藏的,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() {   // 匿名内控

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得到执行并在执行这个类的类构造器<clinit>() 时,肯能该妙招包中有 有一个多 死循环,只是久久不可不需要需要 退出。


四. 典型案例分析  

  在Java中, 创建有有一个多 对象常常不需要 经历如下十有几个 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。

没人了,大伙 看看下面的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
 */

大伙 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。肯能在初始化阶段,当JVM对类StaticTest进行初始化时,首先会执行下面的搞笑的话:

static StaticTest st = new StaticTest();

也只是实例化StaticTest对象,但这个之前 类没人了了初始化完毕啊,能直接进行实例化吗?事实上,这涉及到有有一个多 根本难题只是:实例初始化不一定要在类初始化开始之前 才开始初始化。 下面大伙 结合类的加载过程说明这个难题。

  大伙 知道,类的生命周期是:加载->验证->准备->解析->初始化->使用->卸载,只是需要可不需要需要 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,只是大伙 只针对这有有一个多 阶段进行分析:

  首先,在类的准备阶段不需要 做的是为类变量(static变量)分配内存并设置默认值(零值),也没人了该阶段开始后,类变量st将变为null、b变为0。一阵一阵不需要 注意的是,肯能类变量是final的,没人了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。也却搞笑的话,肯能上述程度对变量b采用如下定义妙招时:

 没人了,在准备阶段b的值只是112,而不再是0了。

  此外,在类的初始化阶段不需要 做的是执行类构造器<clinit>(),不需要 指出的是,类构造器本质上是编译器采集所有静态搞笑的话块和类变量的赋值搞笑的话按搞笑的话在源码中的顺序合并生成类构造器<clinit>()。只是,对上述线程池池而言,JVM将先执行第第十根静态变量的赋值搞笑的话:

  在类没人了了初始化完毕之前 ,能直接进行实例化相应的对象吗?

  事实上,从Java强度看,大伙 知道有有一个多 类初始化的基本常识,那只是:在同有有一个多 类加载器下,有有一个多 类型只会被初始化一次。某些,一旦开始初始化有有一个多 类型,无论是否 完成,后续不需要 会再重新触发该类型的初始化阶段了(只考虑在同有有一个多 类加载器下的请况)。只是,在实例化上述线程池池中的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,也没人了上面的线程池池中,嵌入到了静态初始化的起始位置。这就由于了实例初始化全部所处在静态初始化之前 ,当然,这也由于a为110b为0的由于。

  只是,上述线程池池的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
    }
}

只是,上述线程池池会有上面的输出结果。下面,大伙 对上述线程池池稍作改动,在线程池池最后的一行,增加以下代码行:

 static StaticTest st1 = new StaticTest();

没人了,此时线程池池的输出又是哪些呢?肯能你对上述的内容理解很好搞笑的话,没人了得出结论(不可不需要需要 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

没人了下面的线程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采集起来先执行,而父类不需要 先于子类初始化,某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,在执行构造妙招之前 要先执行非静态代码块,某些顺序是 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

运行线程池池,就知道结果。倘若真正理解类的实例化过程,同类难题不需要再难道大伙 了!