JVM类加载机制

1、概述

　　Java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，这个过程被称作虚拟机的类加载机制。

2、类加载的时机

　　一个类型从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期将会经历加载（Loading）、验证（Verification）、准备（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）、使用（Using）和卸载（Unloading）七个阶段，其中验证、准备、解析三个部分统称为连接（Linking）。

　　

　　其中加载、验证、准备、初始化、卸载这五个顺序是确定的，而解析阶段则不一定，因为Java语言的动态绑定。

2.1、什么时候开始初始化？

  • 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令时，如果类型没有进行过初始化，则需要先触发其初始化阶段。能够生成这四条指令的典型Java代码场景有
    • 使用new关键字实例化对象的时候
    • 读取或设置一个类型的静态字段（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
    • 调用一个类型的静态方法的时候
  • 使用java.lang.reflect包的方法对类型进行反射调用的时候，如果类型没有进行过初始化，则需要先触发其初始化
  • 当初始化类的时候，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JDK 7新加入的动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果为REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic、REF_newInvokeSpecial四种类型的方法句柄，并且这个方法句柄对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化
  • 当一个接口中定义了JDK 8新加入的默认方法（被default关键字修饰的接口方法）时，如果有这个接口的实现类发生了初始化，那该接口要在其之前被初始化

3、类加载的过程？

　　加载、验证、准备、解析和初始化

3.1、加载

　　在加载阶段，JVM虚拟机需要做以下三件事：

  • 通过一个类的全限定名获取一个类的二进制流文件
  • 将这个字节流所代表的静态存储结构转换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

3.2、验证

　　验证是连接阶段的第一步，这一阶段的目的是确保Class文件的字节流中包含的信息复合安全规范，保证这些信息被当作代码运行不会影响到虚拟机的安全。

  • 文件格式验证
  • 元数据验证
  • 字节码验证
  • 符号引用验证

3.3、准备

　　准备阶段是为类中定义的变量（即静态变量，被static修饰的变量）分配内存并设置类变量初始值。

　　注意：这时候进行内存分配的是类变量，而不是实例变量。如果有一个属性public static int value = 123; 那么value变量在准备阶段后的初始值为0。赋值为123需要在初始化阶段进行

　　

 

3.4、解析

 　　解析阶段是Java虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程

  • 类或接口的解析
  • 字段解析
  • 方法解析
  • 接口方法解析

3.5、初始化

　　初始化阶段，Java虚拟机才真正开始执行类中编写的Java程序代码，将主导权移交给应用程序。进行准备阶段时，变量已经赋过一次系统要求的初始零值，而在初始化阶段，则会根据程序员通过程序编码制定的主观计划去初始化类变量和其他资源。

　　我们也可以从另外一种更直接的形式来表达：初始化阶段就是执行类构造器<clinit>()方法的过程。

  • <clinit>()方法是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态语句块（static{}块）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决定的，静态语句块中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，在前面的静态语句块可以赋值，但是不能访问。
  • <clinit>()方法与类的构造函数（即在虚拟机视角中的实例构造器<init>()方法）不同，它不需要显式地调用父类构造器，Java虚拟机会保证在子类的<clinit>()方法执行前，父类的<clinit>()方法已经执行完毕。因此在Java虚拟机中第一个被执行的<clinit>()方法的类型肯定是java.lang.Object。
  • 由于父类的<clinit>()方法先执行，也就意味着父类中定义的静态语句块要优先于子类的变量赋值操作
  • <clinit>()方法对于类或接口来说并不是必需的，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生成<clinit>()方法
  • 接口中不能使用静态语句块，但仍然有变量初始化的赋值操作，因此接口与类一样都会生成<clinit>()方法。但接口与类不同的是，执行接口的<clinit>()方法不需要先执行父接口的<clinit>()方法，因为只有当父接口中定义的变量被使用时，父接口才会被初始化。此外，接口的实现类在初始化时也一样不会执行接口的<clinit>()方法
  • Java虚拟机必须保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确地加锁同步，如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有其中一个线程去执行这个类的<clinit>()方法，其他线程都需要阻塞等待，直到活动线程执行完毕<clinit>()方法。如果在一个类的<clinit>()方法中有耗时很长的操作，那就可能造成多个进程阻塞[插图]，在实际应用中这种阻塞往往是很隐蔽的

 

posted @ 2020-07-20 22:05  TPL  阅读(100)  评论(0)  编辑  收藏  举报