JVM 类加载
类加载阶段
为了方便记忆，我们可以使用一句话来表达其加载的整个过程，“家宴准备了西式菜”，即家(加载)宴(验证)准备(准备)了西(解析)式(初始化)菜。保证你以后能够很快的想起来。
1 加载
将类的字节码载入方法区中，内部采用 C++ 的 instanceKlass 描述 java 类，它的重要 field 有：
- _java_mirror 即 java 的类镜像，例如对 String 来说，就是 String.class，作用是把 klass 暴露给 java 使用
- _super 即父类
- _fields 即成员变量
- _methods 即方法
- _constants 即常量池
- _class_loader 即类加载器
- _vtable 虚方法表
- _itable 接口方法表
如果这个类还有父类没有加载，先加载父类
加载和链接可能是交替运行的
- 注意
instanceKlass 这样的【元数据】是存储在方法区（1.8 后的元空间内），但 _java_mirror是存储在堆中 - 可以通过前面介绍的 HSDB 工具查看
2 链接
验证
验证类是否符合 JVM规范，安全性检查
用 UE 等支持二进制的编辑器修改 HelloWorld.class 的魔数，在控制台运行
E:\git\jvm\out\production\jvm>java cn.itcast.jvm.t5.HelloWorld
Error: A JNI error has occurred, please check your installation and try again
Exception in thread "main" java.lang.ClassFormatError: Incompatible magic value
3405691578 in class file cn/itcast/jvm/t5/HelloWorld
at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
at java.lang.ClassLoader.defineClass(ClassLoader.java:763)
at
java.security.SecureClassLoader.defineClass(SecureClassLoader.java:142)
at java.net.URLClassLoader.defineClass(URLClassLoader.java:467)
at java.net.URLClassLoader.access$100(URLClassLoader.java:73)
at java.net.URLClassLoader$1.run(URLClassLoader.java:368)
at java.net.URLClassLoader$1.run(URLClassLoader.java:362)
at java.security.AccessController.doPrivileged(Native Method)
at java.net.URLClassLoader.findClass(URLClassLoader.java:361)
at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:424)
at sun.misc.Launcher$AppClassLoader.loadClass(Launcher.java:331)
at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:357)
at sun.launcher.LauncherHelper.checkAndLoadMain(LauncherHelper.java:495)
准备
为 static 变量分配空间，设置默认值
- static 变量在 JDK 7 之前存储于 instanceKlass 末尾，从 JDK 7 开始，存储于 _java_mirror 末尾
- static 变量分配空间和赋值是两个步骤，分配空间在准备阶段完成，赋值在初始化阶段完成
- 如果 static 变量是 final 的基本类型，以及字符串常量，那么编译阶段值就确定了，赋值在准备阶段完成
- 如果 static 变量是 final 的，但属于引用类型，那么赋值也会在初始化阶段完成
解析
将常量池中的符号引用解析为直接引用
3 初始化
<cinit>()V 方法
初始化即调用
发生的时机
概括得说，类初始化是【懒惰的】
- main 方法所在的类，总会被首先初始化
- 首次访问这个类的静态变量或静态方法时
- 子类初始化，如果父类还没初始化，会引发
- 子类访问父类的静态变量，只会触发父类的初始化
- Class.forName
- new 会导致初始化
不会导致类初始化的情况
- 访问类的 static final 静态常量（基本类型和字符串）不会触发初始化
- 类对象.class 不会触发初始化
- 创建该类的数组不会触发初始化
实验
class A {
static int a = 0;
static {
System.out.println("a init");
}
}
class B extends A {
final static double b = 5.0;
static boolean c = false;
static {
System.out.println("b init");
}
}
验证（实验时请先全部注释，每次只执行其中一个）
public class Load3 {
static {
System.out.println("main init");
}
public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
// 1. 静态常量（基本类型和字符串）不会触发初始化
System.out.println(B.b);
// 2. 类对象.class 不会触发初始化
System.out.println(B.class);
// 3. 创建该类的数组不会触发初始化
System.out.println(new B[0]);
// 4. 不会初始化类 B，但会加载 B、A
ClassLoader cl = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
cl.loadClass("cn.itcast.jvm.t3.B");
// 5. 不会初始化类 B，但会加载 B、A
ClassLoader c2 = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
Class.forName("cn.itcast.jvm.t3.B", false, c2);
// 1. 首次访问这个类的静态变量或静态方法时
System.out.println(A.a);
// 2. 子类初始化，如果父类还没初始化，会引发
System.out.println(B.c);
// 3. 子类访问父类静态变量，只触发父类初始化
System.out.println(B.a);
// 4. 会初始化类 B，并先初始化类 A
Class.forName("cn.itcast.jvm.t3.B");
}
}
4 练习
从字节码分析，使用 a，b，c 这三个常量是否会导致 E 初始化
public class Load4 {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(E.a);
System.out.println(E.b);
System.out.println(E.c);
}
}
class E {
public static final int a = 10;
public static final String b = "hello";
public static final Integer c = 20;
}
典型应用 - 完成懒惰初始化单例模式
public final class Singleton {
private Singleton() { }
// 内部类中保存单例
private static class LazyHolder {
static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
// 第一次调用 getInstance 方法，才会导致内部类加载和初始化其静态成员
public static Singleton getInstance() {
return LazyHolder.INSTANCE;
}
}
以上的实现特点是：
- 懒惰实例化
- 初始化时的线程安全是有保障的
5 类加载器
以 JDK 8 为例：
| 名称 | 加载哪的类 | 说明 |
|---|---|---|
| Bootstrap ClassLoader | JAVA_HOME/jre/lib | 无法直接访问 |
| Extension ClassLoader | JAVA_HOME/jre/lib/ext | 上级为 Bootstrap，显示为 null |
| Application ClassLoader | classpath | 上级为 Extension |
| 自定义类加载器 | 自定义 | 上级为 Application |
