java类从加载、连接到初始化过程

2019-08-28 17:27 Tony、阅读(363) 评论(0) 编辑收藏举报

类加载器

在了解Java的机制之前，需要先了解类在JVM（Java虚拟机）中是如何加载的，这对后面理解java其它机制将有重要作用。

每个类编译后产生一个Class对象，存储在.class文件中，JVM使用类加载器（Class Loader）来加载类的字节码文件（.class），类加载器实质上是一条类加载器链，一般的，我们只会用到一个原生的类加载器，它只加载Java API等可信类，通常只是在本地磁盘中加载，这些类一般就够我们使用了。如果我们需要从远程网络或数据库中下载.class字节码文件，那就需要我们来挂载额外的类加载器。

一般来说，类加载器是按照树形的层次结构组织的，每个加载器都有一个父类加载器。另外，每个类加载器都支持代理模式，即可以自己完成Java类的加载工作，也可以代理给其它类加载器。

类加载器的加载顺序有两种，一种是父类优先策略，一种是是自己优先策略，父类优先策略是比较一般的情况（如JDK采用的就是这种方式），在这种策略下，类在加载某个Java类之前，会尝试代理给其父类加载器，只有当父类加载器找不到时，才尝试自己去加载。自己优先的策略与父类优先相反，它会首先尝试子经济加载，找不到的时候才要父类加载器去加载，这种在web容器（如tomcat）中比较常见。

动态加载

不管使用什么样的类加载器，类，都是在第一次被用到时，动态加载到JVM的。这句话有两层含义：

Java程序在运行时并不一定被完整加载，只有当发现该类还没有加载时，才去本地或远程查找类的.class文件并验证和加载；
当程序创建了第一个对类的静态成员的引用（如类的静态变量、静态方法、构造方法——构造方法也是静态的）时，才会加载该类。Java的这个特性叫做：动态加载。

需要区分加载和初始化的区别，加载了一个类的.class文件，不以为着该Class对象被初始化，事实上，一个类的初始化包括3个步骤：

加载（Loading），由类加载器执行，查找字节码，并创建一个Class对象（只是创建）；
链接（Linking），验证字节码，为静态域分配存储空间（只是分配，并不初始化该存储空间），解析该类创建所需要的对其它类的应用；
初始化（Initialization），首先执行静态初始化块static{}，初始化静态变量，执行静态方法（如构造方法）。

链接

Java在加载了类之后，需要进行链接的步骤，链接简单地说，就是将已经加载的java二进制代码组合到JVM运行状态中去。它包括3个步骤：

验证（Verification），验证是保证二进制字节码在结构上的正确性，具体来说，工作包括检测类型正确性，接入属性正确性（public、private），检查final class 没有被继承，检查静态变量的正确性等。
准备（Preparation），准备阶段是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。这个阶段中有两个容易产生混淆的概念需要强调一下，首先，这时候进行的内存分配仅包含类变量（被static修饰的变量），而不包括实例变量，实例变量将会在对象实例化时随对象一起分配在Java堆中。其次，这里所说的初始值“通常情况（public static int value=123）“下是数据类型的零值，如：float:0f,int 0, long 0L, boolean:0（布尔类型也是0），其它引用类型为null。”特殊情况（public static final int value=123）“：如果类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性，那么在准备阶段变量value就会被初始化为ConstantValue属性所指的值。--参考《深入理解Java虚拟机（周志明）》
解析（Resolution），解析的过程就是对类中的接口、类、方法、变量的符号引用进行解析并定位，解析成直接引用（符号引用就是编码是用字符串表示某个变量、接口的位置，直接引用就是根据符号引用翻译出来的地址），并保证这些类被正确的找到。解析的过程可能导致其它的类被加载。需要注意的是，根据不同的解析策略，这一步不一定是必须的，有些解析策略在解析时递归的把所有引用解析，这是early resolution，要求所有引用都必须存在；还有一种策略是late resolution，这也是Oracle 的JDK所采取的策略，即在类只是被引用了，还没有被真正用到时，并不进行解析，只有当真正用到了，才去加载和解析这个类。

初始化

注意：在《Java编程思想》中，说static{}子句是在类第一次加载时执行且执行一次（可能是笔误或翻译错误，因为此书的例子显示static是在第一次初始化时执行的），《Java深度历险》中说 static{}是在第一次实例化时执行且执行一次，这两种应该都是错误的，static{}是在第一次初始化时执行，且只执行一次；用下面的代码可以判定出来：

package myblog.classloader;

/**
 * @project MyBlog
 * @create 2013年6月18日 下午7:00:45
 * @version 1.0.0
 * @author 张广
 */
public class Toy {
        private String name;

        public static final int price=10;
        
        static {
                System.out.println("Initializing");
        }

        Toy() {
                System.out.println("Building");
        }
        Toy(String name) {
                this.setName(name);
        }

        public static String playToy(String player) {
                String msg = buildMsg(player);
                System.out.println(msg);
                return msg;
        }
        private String buildMsg(String player) {
                String msg = player + " plays " + name;
                return msg;
        }
}
  // 对上面的类，执行下面的代码：
  Class c = Class.forName("myblog.rtti.Toy");
  // c.newInstance();

可以看到，不实例化，只执行forName初始化时，仍然会执行static{}子句，但不执行构造方法，因此输出的只有Initializing，没有Building。

关于初始化，@阿春阿晓在本文的评论中给出了很详细的场景，感谢@阿春阿晓：

根据java虚拟机规范，所有java虚拟机实现必须在每个类或接口被java程序首次主动使用时才初始化。

主动使用有以下6种：
1) 创建类的实例
2) 访问某个类或者接口的静态变量，或者对该静态变量赋值（如果访问静态编译时常量(即编译时可以确定值的常量)不会导致类的初始化）
3) 调用类的静态方法
4) 反射（Class.forName(xxx.xxx.xxx)）
5) 初始化一个类的子类（相当于对父类的主动使用），不过直接通过子类引用父类元素，不会引起子类的初始化（参见示例6）
6) Java虚拟机被标明为启动类的类（包含main方法的）

类与接口的初始化不同，如果一个类被初始化，则其父类或父接口也会被初始化，但如果一个接口初始化，则不会引起其父接口的初始化。

类的被动引用(不会发生类的初始化)
1）当访问一个静态域时，只有真正声明这个域的类才会被初始化
　　• 通过子类引用父类的静态变量，不会导致子类初始化
2）通过数组定义类引用，不会触发此类的初始化
3）引用常量不会触发此类的初始化（常量在编译阶段就存入调用类的常量池中了）

注意：链接阶段是在类加载之后就执行的，初始化在类加载之后不一定执行。

网址：https://www.cnblogs.com/zhguang/p/3154584.html#linking

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Tony

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