JVM类加载过程

2022-02-13 04:09:19

为什么研究类加载全过程？

有助于连接JVM运行过程
更深入了解java动态性（解热部署，动态加载），提高程序的灵活性

类加载机制

JVM把class文件加载到内存，并对数据进行校验、解析和初始化，最终形成JVM可以直接使用的java类型的全过程。

加载
- 将class文件字节码内容加载到内存中；并将这些静态数据转换成方法区中的运行时数据结构；在堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区类数据的访问入口，这个过程需要类加载器参与。

链接将java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中的过程
- 　　验证：确保加载的类信息符合JVM规范，没有安全方面的问题

- 　　准备：正式为类变量（static变量）分配内存并设置初始值(0或null等)的阶段，这些内存都将在方法去中进行分配。final类型的变量在此时直接初始化

- 　　解析：虚拟机常量池的符号引用替换为字节引用过程

初始化
- 初始化阶段是执行类构造器<clinit>（）方法的过程。类构造器<clinit>（）方法是由编译器自动收藏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
- 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
- 虚拟机会保证一个类的<clinit>（）方法在多线程环境中被正确加锁和同步

当一个类被主动使用时，Java虚拟才会对其初始化，如下六种情况为主动使用：

1. 当创建某个类的新实例时（如通过new或者反射，克隆，反序列化等）

2. 当调用某个类的静态方法时

3. 当使用某个类或接口的静态字段时

4. 当调用Java API中的某些反射方法时，比如类Class中的方法，或者java.lang.reflect中的类的方法时

5. 当初始化某个子类时

6. 当虚拟机启动某个被标明为启动类的类（即包含main方法的那个类）

Java编译器会收集所有的类变量初始化语句和类型的静态初始化器，将这些放到一个特殊的方法中：clinit。

实际上，static块的执行发生在“初始化”的阶段。初始化阶段，jvm主要完成对静态变量的初始化，静态块执行等工作。静态变量的赋值操作在此时执行。

例1：

public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        System.out.println(a.width);
    }
}

class A{
    public static int width=100; //静态变量，静态域 field
    static{
        System.out.println("静态初始化类A");
        width = 300 ;
    }
    public A() {
        System.out.println("创建A类的对象");
    }
}

分析：

说明：

内存中存在栈、堆（放创建好的对象）、方法区（实际也是一种特殊堆）

1、JVM加载Demo01时候，首先在方法区中形成Demo01类对应静态数据（类变量、类方法、代码…），同时在堆里面也会形成java.lang.Class对象（反射对象），代表Demo01类，通过对象可以访问到类二进制结构。然后加载变量A类信息，同时也会在堆里面形成a对象，代表A类。

2、main方法执行时会在栈里面形成main方法栈帧，一个方法对应一个栈帧。如果main方法调用了别的方法，会在栈里面挨个往里压，main方法里面有个局部变量A类型的a，一开始a值为null，通过new调用类A的构造器，栈里面生成A（）方法同时堆里面生成A对象，然后把A对象地址付给栈中的a,此时a拥有A对象地址。

3、当调用A.width时，调用方法区数据。

当类被引用的加载，类只会加载一次

类的主动引用（一定会发生类的初始化）
- new一个类的对象
- 调用类的静态成员（除了final常量）和静态方法
- 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用
- 当虚拟机启动，java Demo01,则一定会初始化Demo01类，说白了就是先启动main方法所在的类
- 当初始化一个类，如果其父类没有被初始化，则先初始化它父类
类的被动引用（不会发生类的初始化）
- 当访问一个静态域时，只有真正声名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
- 通过数组定义类的引用，不会触发此类初始化
- 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）

例2：

public class Demo01 {
    static{
        System.out.println("静态初始化Demo01");
    }
        
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        System.out.println("Demo01的main方法！");
        System.out.println(System.getProperty("java.class.path"));
        
        //主动引用
//        new A();
//        System.out.println(A.width);
//        Class.forName("com.sinosoft.test.A");
                
        //被动引用
//        System.out.println(A.MAX);
//        A[] as = new A[10];
        System.out.println(B.width);//B类不会被加载 
    }
}

class B  extends A {
    static {
        System.out.println("静态初始化B");
    }
}

class A extends A_Father {
    public static int width=100;   //静态变量，静态域    field
    public static final  int MAX=100; 
    
    static {
        System.out.println("静态初始化类A");
        width=300;
    }
    public A(){
        System.out.println("创建A类的对象");
    }
}

class A_Father extends Object {
    static {
        System.out.println("静态初始化A_Father");
    }
}

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