Java 类加载过程

Java 类加载过程

Class的生命周期

一个Class在虚拟机中的完整生命周期如下图所示：

需要说明的是，上述的流程只是描述了逻辑上各个阶段的开始顺序，实际过程中，各个阶段可能是交错进行，并不是一个阶段等到另一个阶段完全完成才开始执行。

加载

加载一个Class需要完成以下3件事：

• 通过Class的全限定名获取Class的二进制字节流
• 将Class的二进制内容加载到虚拟机的方法区
• 在内存中生成一个java.lang.Class对象表示这个Class

获取Class的二进制字节流这个步骤有多种方式：

• 从zip中读取，如：从jar、war、ear等格式的文件中读取Class文件内容
• 从网络中获取，如：Applet
• 动态生成，如：动态代理、ASM框架等都是基于此方式
• 由其他文件生成，典型的是从jsp文件生成相应的Class

校验

验证一个Class的二进制内容是否合法，主要包括4个阶段：

• 文件格式验证，确保文件格式符合Class文件格式的规范。如：验证魔数、版本号等。
• 元数据验证，确保Class的语义描述符合Java的Class规范。如：该Class是否有父类、是否错误继承了final类、是否一个合法的抽象类等。
• 字节码验证，通过分析数据流和控制流，确保程序语义符合逻辑。如：验证类型转换是合法的。
• 符号引用验证，发生于符号引用转换为直接引用的时候（转换发生在解析阶段）。如：验证引用的类、成员变量、方法的是否可以被访问（IllegalAccessError），当前类是否存在相应的方法、成员等（NoSuchMethodError、NoSuchFieldError）。

准备

在准备阶段，虚拟机会在方法区中为Class分配内存，并设置static成员变量的初始值为默认值。注意这里仅仅会为static变量分配内存（static变量在方法区中），并且初始化static变量的值为其所属类型的默认值。如：int类型初始化为0，引用类型初始化为null。即使声明了这样一个static变量：

public static int a = 123;

在准备阶段后，a在内存中的值仍然是0, 赋值123这个操作会在中初始化阶段执行，因此在初始化阶段产生了对应的Class对象之后a的值才是123 。

解析

解析阶段，虚拟机会将常量池中的符号引用替换为直接引用，解析主要针对的是类、接口、方法、成员变量等符号引用。在转换成直接引用后，会触发校验阶段的符号引用验证，验证转换之后的直接引用是否能找到对应的类、方法、成员变量等。这里也可见类加载的各个阶段在实际过程中，可能是交错执行。

初始化

初始化阶段即开始在内存中构造一个Class对象来表示该类，即执行类构造器<clinit>()的过程。需要注意下，<clinit>()不等同于创建类实例的构造方法<init>()

• <clinit>()方法中执行的是对static变量进行赋值的操作，以及static语句块中的操作。

• 虚拟机会确保先执行父类的<clinit>()方法。

• 如果一个类中没有static的语句块，也没有对static变量的赋值操作，那么虚拟机不会为这个类生成<clinit>()方法。

• 虚拟机会保证<clinit>（）方法的执行过程是线程安全的。
  因此，存在如下一种最简单的单例模式的实现：

   public class Singleton {
       public static final INSTANCE = new Singleton();
       private Singleton() {
       }
   }
  

初始化阶段的触发（类的主动引用）是有一定条件的：

类的主动引用

• new一个类对象
• 调用类的静态成员（除了final常量）
• 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用
• 当虚拟机启动，则一定会初始化main方法所在的类
• 当初始化一个类，其父类若没被初始化，则先初始化他的父类

类的被动引用(不会触发初始化阶段)

• 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成员，不会触发此子类的初始化）
• 通过数组定义类引用，不会触发此类的初始化
• 引用final的常量不会触发此类的初始化（常量在便一阶段就存入调用类的常量池中了）