JVM系列-类加载机制

简介

在java中，类的声明周期总共分为以下几种：加载(Loading)，验证(Verification)，准备(Preparation)，解析(Analysis)，

初始化(Initialization)，使用(Using)，卸载(Unloading)。其中，验证，准备，解析统称为连接(Linking)如图

一、加载：

在加载阶段，JVM需要完成以下准备：

通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流(并非要从class文件获取，也可从jar或war中读取，也可以在运行时动态生成，还可以编译jsp时获取)

二、验证：

验证是为了确保class文件中的字节流包含的信息符合JVM的要求，并且不会危害JVM自身的安全，验证大致分为四中方法：

文件格式验证：验证字节流是否符合class文件的规范，例：主次版本号是否在当前JVM范围内，常量池中的常量是否有不被支持的类型
元数据验证：对字节码描述的信息进行语义分析(javac编译阶段的语义分析)，以保证其描述信息符合java语言规范要求
字节码验证：通过数据流和控制流分析，确保程序是合法的，符合逻辑的
符号引用验证：确保解析动作能正确执行

PS：验证阶段是很重要的，但不是必须的，如果所引用的类已经经过了反复校验，可以使用 -Xverifynone参数来关闭一些验证措施，

用来缩短JVM加载时间

三、准备：

准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。

这里进行的内存分配仅包含类变量(被static修饰的变量)，不包含实例变量(区别见末尾)。

初始值例： public static int value = 123;

如上声明的话value的值会在准备阶段后为0而不是123。因为此时尚未执行任何java方法，value被赋值123是程序被编译后存放于

类构造器<client>中。但是还有一种特殊情况：

初始值例：public static final int value = 123;

这时在准备阶段后会为value生成ConstantValue属性，赋值为123而非0。

类变量(静态变量)：

在类中被static修饰，并且必须在构造方法和语句块之外
无论一个类创建了多少变量，类只拥有类变量的一份拷贝
类变量在程序开始是创建，程序结束时销毁
静态变量存储在静态存储区，经常被声明为常量
静态变量可以通过className，VariableName访问到

实例变量：

声明在类中，不在方法，构造方法，语句块之内
当一个对象被实例化之后，每个实例变量的值就跟着确定
实例变量在对象创建是创建，对象销毁时销毁
实例变量的值应至少被一个方法，构造方法或语句块引用，使得外部可以用这些方法获取实例变量的值
实例变量可以直接通过变量名访问，但在静态方法和其它类中，应使用完全限定名：ObjectReference.VariableName

四、解析

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。主要针对类或接口，字段，类方法。

接口方法：接口方法，方法类型，方法句柄和调用点类型。

符号引用：符号引用与虚拟机实现的布局无关，引用的目标不一定已经加载到内存中。各种虚拟机实现的内容布局可以

各不相同，但它们能接受的符号引用必须是一致的，因为符号引用的字面量形式明确定义在java虚拟机规范的class文件中。

直接引用：直接引用可以是指向目标的指针，相对偏移量或一个能间接定位到目标的句柄，如果有了直接引用，那引用的

目标必定已在内存中存在。

五、初始化

初始化是类加载的最后一个阶段，前面加载阶段除了加载阶段可以自定义加载器以外，其他都由JVM主导，初始化阶段才是真正

执行类中定义的java代码。

初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法过程。<clinit>()方法是有编译器自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态语句块static{}

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来决定的，静态语句块只能访问到定义在静态语句块之前

的变量，定义在它之后的变量在前面的静态语句可以赋值，但不能访问。

例：

static {

i = 0;

System.out.println(i);

// Error:Cannot reference a field before it is (非法向前应用)

}

static int i = 1;

虚拟机会保证子类的<clinit>()执行前，父类的<clinit>()已执行完毕，<clinit>()方法对于类或是接口来说不是必须的，如果一个类中没有静态语句块，

也没有对变量的赋值操作，那么编译器可以不为这个类产生<clinit>()方法。

接口中不能使用静态语句块，但仍有变量的初始化赋值操作，因此接口也会生成<clinit>()方法而不需要先执行父类的<clinit>()方法，只有当父类接口

中定义的变量使用时，父接口才初始化，还有，接口的实现类在初始化时也不会执行接口的<clinit>()方法。

虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程的环境中被正确的加锁，同步，如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有一个线程会执行<clinit>()

方法，其余的线程都需要阻塞等待。如果类中<clinit>()方法有耗时很长的操作，就可能会造成多个线程阻塞，在实际应用中这种阻塞往往是隐藏的。

PS：其它线程虽然被阻塞了，但是如果执行<clinit>()方法的线程退出方法，其它线程也不会再次进入<clinit>()方法。同一个类加载器下，一个类

只会被初始化一次。

*：虚拟机严格规范了只有五中情况下必须对类进行初始化操作（jdk1.7，加载，验证，准备，解析需要在这之前开始）

遇到new，getStatic，pubStatic，invokeStatic这四条字节码指令时，没有初始化的类要进行初始化
使用java,lang,reflect包的方法对类进行反射调用的时候，没有初始化的类要进行初始化
初始化一个类时，如果父类没有初始化，则要先初始化父类
虚拟机启动时，用户需要指定一个主类（main函数的类），虚拟机会先初始化主类
当使用jdk1.7动态支持时，如果java.lang,invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getStatic， REF_pubStatic，REF_invokeStatic的方法句柄时，没有初始化的类要进行初始化

* ：不会触发初始化的几种情况：

通过子类引用父类静态字段，只会触发父类初始化，不会触发子类
定义对象数组，不会触发初始化
常量在编译期间会存入调用类常量池中，本质上没有直接引用定义常量的类，不会触发初始化
通过类名获取的class对象，不会触发初始化
通过class.forName加载指定类时，若指定参数initialize为false，不会初始化。这个参数就是告诉虚拟机是否执行初始化命令
通过classLoader默认的LoadClass方法，不会触发初始化