深入理解Java虚拟机(五)类加载机制

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,这就是虚拟机的类加载机制。虚拟机加载进行类加载的过程是在程序运行期间完成的，在程序运行期间加载的好处是可以动态扩展，说白了就是在编译期间虚拟机是不知道要加载哪些类或者接口的，只有在程序运行的时候才知道需要加载的类。

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。其中验证、准备、解析3个部分统称为连接(Linking),这7个阶段的发生顺序如下：

这里写图片描述

JVM在有且只有以下五种情况才会出发类初始化：

使用new关键字实例化对象的时候、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)的时候,以及调用一个类的静态方法的时候。
使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候,如果类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。
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,则需要先触发其父类的初始化。
当虚拟机启动时,用户需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。
当使用JDK1.7的动态语言支持时,如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄,并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。

以上五种情况都是主动引用的情况，下面介绍被动引用的情况。
第一个例子：

//父类
public class SuperClass {
     static{
        System.out.println("SuperClass init!");
     }
     public static int value=123;
}

//子类
class SubClass extends SuperClass{
    static{
        System.out.println("SubClass init!");
    }
}

//主方法类
class NotInitialization{
    public static void main(String[]args){
        System.out.println(SubClass.value);
    }
}

运行结果如下：
这里写图片描述

只有父类的初始化方法被执行了，对于静态字段,只有直接定义这个字段的类才会被初始化。因此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会触发子类的初始化。

第二个例子：将上面例子中的主方法类改为：

class NotInitialization{
    public static void main(String[]args){
        SuperClass[]sca = new SuperClass[10];//声明了长度为10的SuperClass类型的数组。
    }
}

发现并没有输出任何结果。

这个例子，说明并没有触发类SuperClass的初始化阶段。但是这段代码里面触发了另外一为“[Lorg.SuperClass”的类的初始化阶段,对于用户代码来说,这并不是一个合法的类名称,它是一个由虚拟机自动生成的、直接继承于java.lang.Object的子类,创建动作由字节码指令newarray触发。

这个类代表了一个元素类型为org.fenixsoft.classloading.SuperClass的一维数组,数组中应有的属性和方法(用户可直接使用的只有被修饰为public的length属性和clone()方法)都实现在这个类里。Java语言中对数组的访问比C/C++相对安全是因为这个类封装了数组元素的访问方法 ,而C/C++直接翻译为对数组指针的移动。在Java语言中,当检查到发生数组越界时会抛出java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException异常。

第三个例子：

class ConstClass{
    static{
        System.out.println("ConstClass init!");
    }
    public static final String HELLOWORLD="hello world";
}

//主方法类
class NotInitialization{
    public static void main(String[]args){
        System.out.println(ConstClass.HELLOWORLD);
    }
}

结果只输出了hello world，并没有触发ConstClass类的初始化方法。

因为虽然在Java源码中引用了ConstClass类中的常量HELLOWORLD,但其实在编译阶段通过常量传播优化,已经将此常量的值“hello world”存储到了NotInitialization类的常量池中,以后NotInitialization对常量ConstClass.HELLOWORLD的引用实际都被转化为NotInitialization类对自身常量池的引用了。也就是说,实际上NotInitialization的Class文件之中并没有ConstClass类的符号引用入口,这两个类在编译成Class之后就不存在任何联系了。

接口的加载过程与类加载过程稍有一些不同,针对接口需要做一些特殊说明:接口也有初始化过程,这点与类是一致的,上面的代码都是用静态语句块“static{}”来输出初始化信息的,而接口中不能使用“static{}”语句块,但编译器仍然会为接口生成“()”类构造器 ,用于初始化接口中所定义的成员变量。接口与类真正有所区别的是前面讲述的5种“有且仅有”需要开始初始化场景中的第3种:当一个类在初始化时,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时,并不要求其父接口全部都完成了初始化,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。

1.类加载

在加载阶段,虚拟机需要完成以下3件事情:

通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。
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。
在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象,作为方法区这个类的各种数据的访问入口。

深入理解Java虚拟机(五)类加载机制

1.类加载

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