【009】【JVM——类加载机制】

JVM——类加载机制

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、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载 7 个阶段。其中验证、准备、解析3个部分统称为链接。

加载、验证、准备、初始化和卸载这个阶段的顺序是肯定的，类的加载过程必须按照这种顺序循序渐进地开始，而解析阶段则不必定： 它在某些状况下能够在初始化阶段以后再开始。

1、类初始化的触发

对于初始化阶段，虚拟机规范严格规定了有且只有5 种状况必须当即对类进行“初始化”，加载、验证、准备在初始化以前已经进行。这5种方式称为对类的主动引用。

1. 遇到new 、getstatic 、putstatic 或invokestatic 这4 条字节码指令时，若是类没有进行过初始化，则须要先触发其初始化． 生成这4 条指令的最多见的Java 代码场景是： new关键字实例化对象、读取或设置一个类的静态字段（被final 修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外），调用一个类的静态方法。

2. 使用java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用的时候，若是类没有进行过初始化，先触发其初始化。

3. 当初始化一个类的时候，若是发现其父类尚未进行过初始化，则须要初始化父类。

4. 当虚拟机启动时，用户须要指定一个要执行的主类（包含main（） 方法的那个类），虚拟机会先初始化这个主类。

5. 当使用JDK 1.7 的动态语言支持时，若是一个java.lang.invoke.MethodHandle 实例最后的解析结果REF_getStatic 、REF_putStatic 、REF_invokeStatic 的方法句柄，而且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，要对其进行初始化．

类的被动引用不会引发初始化。下面几种类的被动引用不会引发类的初始化。

1. 经过子类引用父类的静态字段不会致使子类初始化。

2. 经过数组定义来定义的引用类不会触发此类的初始化。

3. 常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上并无直接引用到定义常量的类，所以不会触发定义常量的类的初始化

接口的不一样特色：

接口也有初始化过程，接口中不能使用“static ｛｝”语句块，但编译器仍然会为接口生成“＜clinit>（）” 类构造器，用于初始化接口中所定义的接口常量。一个接口在初始化时，并不要求其父接口所有都完成了初始化， 只有在真正使用到父接口的时候（如引用接口中定义的常量）才会初始化。

【特别注意】下面的状况对类和接口一样适用。

public static final int A = 1; // 使用不会引发类初始化

public static final int B = new Integer(1); // 使用会引发类初始化

public static final Integer C = new Integer(1); // 使用会引发类初始化

public static final Integer D = 1; // 使用会引发类初始化

其它七种基本变量相似

字符串：

public static final String S = “abc”; // 不会引发类初始化

public static final String S = new String(“abc”); // 会引发类初始化

其它状况均会引发初始化。

2、类加载过程

加载阶段，虚拟机完成如下3 件事情：

1. 经过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流．

2. 将这个字节流所表明的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构

3. 在内存中生成一个表明这个类的java.lang.Class 对象，做为方法区这个类的各类数据的访问人口。

获取二进制流的方式：

1. 从ZIP，JAR 、EAR、WAR 格式中读取。

2. 从网络中获取，如Applet 。

3. 运行时计算生成，如动态代理技术。

4. 由其余文件生成，JSP 文件生成对应的Class类。

5. 从数据库中读取

6. 等等

    二（一）、数组类型的加载

数组类自己不经过类加载器建立，它是由Java 虚拟机直接建立。一个数组类（下面简称为C ）建立过程要遵循如下规则：

• 若是数组的组件类型（Component Type ，指的是数组去掉一个维度的类型）是引用类型，那就递归采用定义的加载过程去加载这个组件类型。

• 若是数组的组件类型不是引用类型（例如int［］数组）， Java 虚拟机将会把数组C 标记为与引导类加载器关联。

• 数组类的可见性与它的组件类型的可见性一致，若是组件类型不是引用类型，那数组类的可见性将默认为public 。

字节码二进制字节流按照虚拟机所需的格式存储在方法区之中，方法区中的数据存储格式由虚拟机实现自行定义。加载阶段与链接阶段的部份内容是交叉进行的，加载阶段还没有完成，链接阶段可能已经开始，夹在加载阶段之中进行的动做，仍然属于链接阶段的内容，这两个阶段的开始时间仍然保持着固定的前后顺序．

3、验证

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，而且不会危害虚拟机自身的安全．对不一样的虚拟机言，验证的实现可能会有所不一样，但大多数会完成四个阶段的检验过程：文件格式验证、元数据验证、字节码验证和符号引用验证．

文件格式验证：验证字节流是否符合Class 文件格式的规范，而且能被当前版本的虚拟机处理． 验证内容主要包括：

• 是否以魔数0xCAFEBABE 开头．

• 主、次版本号是否在当前虚拟机处理范围以内．

• 常量池的常量中是否有不被支持的常量类型（检查常量tag 标志）．

• 指向常量的各类索引值中是否有指向不存在的常量或不符合类型的常量

• CONSTANT_Utf8_info 型的常量中是否有不符合UTF8 编码的数据．

• Class 文件中各个部分及文件自己是否有被删除的或附加的其余信息．

• 。。。

元数据验证：对字节码描述的信息进行语义分析，以保证其描述的信息符合Java 语言规范的要求，主要是：

• 类是否有父类（除了java.lang.Object 以外，全部的类都应当有父类）．

• 类是否继承了不容许被继承的类〈被final 修饰的类〉．

• 类不是抽象类，是否实现了父类或接口之中要求实现的全部方法．

• 类中的字段、方法是否与父类产生矛盾，（例如覆盖了父类的final 字段，或者出现不符合规则的方法重载，例如方法参数都一数，但返回值类型却不一样等）．

• 。。。

字节码验证：进行数据流和控制分析．对类的方法体进行校验分析．保证被校验类的方法在运行时不会作出危害虚拟机安全的行为，主要是：

• 保证任意时刻操做数栈的数据类型与指令代码序列都能配合工做，

• 保证跳转指令不会跳转到方法体之外的字节码指令上．

• 保证方法体中的类型转换是有效的。

• 。。。

符号引用验证：对类自身之外（常最池中的各类符号引用）的信息进行匹配性的校验，主要是：

• 符号引用中经过字符串描述的全限定名是否能找到对应的类．

• 在指定类中是否存在符合方法的字段描述符及简单名称所描述的方法和字段．

• 符号引用中的类、字段和方法的访问性是否可被当前类访问．

• 。。。

4、准备

准备阶段为类变量分配内存并设置类变量初始值，内存都在方法区中进行分配。初始值指基本数据类型的零值，引用数据类型的null。若是类字段的字段属性表中存在ConstantValue 属性，那在准备阶段变量value 就会被初始化为ConstantValue 属性所指定的值。

【特别注意】下面的状况对类和接口一样适用。

public static final int A = 1; // 会被赋值

public static final int B = new Integer(1); // 不会被赋值

public static final Integer C = new Integer(1); // 不会被赋值

public static final Integer D = 1; //不会被赋值

其它七种基本变量相似

字符串：

public static final String S = “abc”; //会被赋值

public static final String S = new String(“abc”); // 不会被赋值

其它状况均会不会被赋值。

5、解析

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 References ) ：符号引用以一组符号来描述所引用的目标，符号能够是任何形式的字面量，只要使用时能无歧义地定位到目标便可．符号引用与虚拟机实现的内存布局无关， 引用的目标并不必定已经加载到内存中．

• 直接引用（ Direct References ) ： 直接引用能够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。直接引用与虚拟机实现的内存布局相关的，同一个符号引用在不一样虚拟机实例上翻译出来的直接引用通常不会相同．若是有了直接引用，那引用的目标一定已经在内存中存在．

Java虚拟机指令anewarray、checkcast、getfield、getstatic、instanceof、nvokedynamic、invokeinterface、invokespecial、invokestatic、invokevirtual、ldc、ldc_w、multianewarray、new、putfield和putstatic将符号引用指向运行时常量池。执行上述任何一条指令都须要对它的符号引用的进行解析。

总的来讲解析有下面几种：

• 类与接口解析

• 字段解析

• 普通方法解析

• 接口方法解析

• 方法类型与方法句柄解析

• 调用点限定符解析

6、初始化

初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法的过程。

• <clinit>()方法是由编译器自动收集类中的全部类变量的赋值动做和静态语句块(static ｛｝块） 中的语句合并产生的，编译器收集的顺序是由语句在源文件中出现的顺序所决定的，静态语句块中只能访问到定义在静态语句块以前的变量，定义在它以后的变量，在前面的静态语句块能够赋值，可是不能访问

• <clinit>()方法与类的构造函数（或者说<init>()方法）不一样，它不须要显式地调用父类构造器，虚拟机会保证在子类的<clinit>()方法执行以前，父类的<clinit>()方法已经执行完毕。所以在虚拟机中第一个被执行的<clinit>()方法的类确定是java.lang.Object 。

• 父类的<clinit>()方法先执行，父类中定义的静态语句块要优先于子类的变量赋值操做。

• <clinit>()方法对于类或接口来讲并非必须的。若是一个类中没有静态语句块，也没有对变量的赋值操做，那么编译器能够不为这个类生成<clinit>()方法。

• 接口中不能使用静态语句块，但仍然有变量初始化的赋值操做， 所以接口与类同样都会生成＜clinit＞()方法．但接口与类不一样的是，执行接口的<clinit>()方法不须要先执行父接口的<clinit>（）方法．只有当父接口中定义的变量被使用时，父接口才会被初始化。另外，接口的实现类在初始化时也同样不会执行接口的<clinit>()方法。

• 虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确地加锁、同步，若是多个统程同时去初始化一个类，那么只会有一个线程去执行这个类的<clinit>()方法。其余线程都须要阻塞等待，直到活动线程执行<clinit>()方法完毕。若是在一个类的<clinit>()方法中有耗时很长的操做， 就可能形成多个进程阻塞，在实际应用中这种阻塞是很隐蔽的。注意：若是执行<clinit>()方·法的那条线程执行完<clinit>()方法退出，其余线程唤醒以后不会再次进入<clinit>()方法．同一个类加载器下， 一个类型只会初始化一次。