JVM学习记录-类加载时机

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，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型，这就是类的加载机制。

在Java语言里面，类型的加载、连接和初始化过程都是在程序运行期间完成的。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）7个阶段。其中哦验证、准备、解析3个部分统称为连接（Linking）,这7个阶段顺序如下图：

其中加载、验证、准备、初始化、和卸载这5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地开始（这里仅仅指的是开始，而不是按部就班的进行或完成，是因为这些阶段通常都是相互交叉的进行的，通常在一个阶段执行的过程中调用、激活另外一个阶段），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。

那么在什么时候开始类加载过程的第一个阶段（也就是加载）呢？Java虚拟机规范中并没有进行强制约束，这点虚拟机根据自身实现来把握。但对于初始化阶段，虚拟机规范则是严格规定了有且只有5中情况必须立即对类进行初始化（加载，验证，准备肯定要在此之前进行了）。

1. 创建类实例的时候，读取或者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除外），以及调用一个类的静态方法的时候。
2. 对类进行反射调用的时候，如果没有进行过初始化则需要先出发其初始化过程。
3. 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要先出发其父类的初始化过程。
4. 当虚拟机启动时，定义了入口（含有main（）方法的那个类）的主类，虚拟机会先初始化这个主类。
5. 当使用JDK1.7及以上的版本中的动态语言支持时，若一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果是：REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先出发它的初始化过程。

虚拟机规范中指出有且只有这5种场景会出发初始化，并且这5种场景的行为称为对一个类的“主动引用”，除此之外所有引用类的方式都不会触发初始化，不触发初始化的也被称为被动引用。

用代码例子来说明被动引用。

/**
 * 通过子类引用父类的的静态字段，不会导致子类初始化
 */
public class SuperClass {

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

    public static int value = 888;

    public static final String JVM_TEST = "JVM TEST";
}

/**
 * 子类
 */
public class SubClass extends SuperClass {

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

}

/**
 * 测试
 */
public class Test {

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

打印结果为：

SuperClass init!
888

对于静态字段，只有定义这个字段的类才会被初始化，因此通过子类调用其父类中定义的静态字段，只会出发父类的初始化。

/**
 * 通过数组定义引用类，不会出发类的初始化
 */
public class Test {

    public static void main(String[] args){
        SuperClass[] supers = new SuperClass[12];
    }
}

运行结果并没有打印出“SuperClass init!”，这说明并没有对SuperClass进行初始化，定义数组不会触发类的初始化。

/**
 * 常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用到定义常量的类中，因此不会出发定义常量的类的初始化。
 */
public class Test {

    public static void main(String[] args){
        System.out.println(SuperClass.JVM_TEST);
    }
}

运行结果也没有打印出“SuperClass init!”，因为虽然引用了SuperClass的常量，但其实在编译极端通过常量传播优化，已经将此常量存储到了Test类的常量池中，因Test类对此常量的引用，都会转化为Test类对自身常量池的引用了。这说明SuperClass和Test这两个类，在编译阶段完成后就没有任何关系了。

接口的加载过程和类的加载过程步骤上是一致的，但是稍有不同的是上面的例子都是用静态语句块“static{}”来输出初始化信息的，在接口中不能使用“static{}”静态语句块。还有一个不同是：当一个类在初始化的时候，要求其父类全部都已经初始化过了，但是一个接口在初始化的时候，不要求其父接口都初始化过，只有真正使用到父接口的时候（例如：引用父接口中定义的常量）才会初始化。