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深入理解Java虚拟机笔记---类加载时机

2024-08-07 19:52:56   221人阅读

   类从被加载到虚拟机内存中开始，到缷载出内存为止，它的整个生命周期包括了：加载(Loading)，验证(Verification)，准备(Preparation)，解析(Resolution)，初始化(Initialization)，使用(Using)，缷载(Unloading)七个阶段。其中验证，准备，解析三个阶段统称为连接(Linking)阶段，这七个阶段的发生顺序如下图：

   加载，验证，准备，初始化和缷载这五个阶段的顺序是确定的，类的加载过程必须按照这种顺序按部就班地开始，而解析阶段则不一定：在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定。注意这里写的是按部就班地“开始”，而不是按部就班地“进行”或“完成”，因为这些阶段通常都是互相交叉地混合式进行的，通常会在一个阶段执行的过程调用或激活另外一个阶段。
   在什么情况下需要开始类的加载过程的第一个阶段：加载。虚拟机规范中并没有进行强制约束。但是对于初始化阶段，虚拟机规范则是严格规定了有且只有四种情况必须立即对类进行“初始化”(而加载，验证，准备阶段自然需要在此之前开始):
1.遇到new,getstatic,putstatic或invokestatic这4条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。生成这4条指令最常见的Java代码场景是：使用new关键字实例化对象的时候，读取或设置一个类的静态字段的时候，以及调用一个类的静态方法的时候。
2.使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
3.当初始化一人类的时候，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。
4.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。
   对于这四种会触发类进行初始化的场景，虚拟机规范中使用了一个很强烈的限定语：“有且只有”，这四种场景中的行为称为对一个类的主动引用。除此之外所有引用类的方法，都不会触发初始化，称为被动引用。下面是三个被动引用的例子：

a.通过子类引用父类中的静态字段，不会初始化子类

package com.xtayfjpk.jvm.chapter7;

/**
 * 被动使用类字段演示一：
 * 通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化
 * @author zj
 *
 */
public class SuperClass {
	public static int value = http://www.mamicode.com/123;>
package com.xtayfjpk.jvm.chapter7;

public class SubClass extends SuperClass {
	
	static {
		System.out.println("SubClass Init");
	}
}


package com.xtayfjpk.jvm.chapter7;

public class NotInitialization {

	/**
	 * @param args
	 */
	public static void main(String[] args) {
		//通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化
		System.out.println(SubClass.value);
	}

}

   上述代码运行之后，只会输出“SuperClass init!”，而不会输出“SubClass init!”。对于静态字段，只有直接定义这个字段的类才会初始化，因此通过子类来引用父类中的静态字段，只会触发父类初始化而不不会触发子类的初始化。至于是否要触发子类的加载和验证，在虚拟机规范中并没有规定，这点取决于虚拟机的具体实现。对于Sun HotSpot虚拟机来说，可以通过-XX:+TraceClassLoading参数看到此操作是否会导致子类的加载(事实上SubClass被加载了)。

b.通过定义数组来引用类，不会触发此类的初始化
package com.xtayfjpk.jvm.chapter7;

public class NotInitialization {

	/**
	 * @param args
	 */
	public static void main(String[] args) {
		
		//通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化
		SuperClass[] sca = new SuperClass[10];

	}

}


   上述代码运行后(SuperClass重用上一例子代码)，并没有输出“SuperClass init!”，说明并没有触发SuperClass的初始化阶段。但是这段代码触发另一个名为“[Lcom.xtayfjpk.jvm.chapter7.SuperClass;”的类的初始化阶段，对于用户代码来说，这并不是一个合法的类名称，它是一个由虚拟机自动生成，直接继承于java.lang.Object的子类，创建动作由字节码指令newarray触发。

c.引用常量池中的常量，不针触发定义常量类的初始化
package com.xtayfjpk.jvm.chapter7;

public class ConstClass {

	public static final String HELLOWORLD = "hello world";
	
	static {
		System.out.println("ConstClass Inited");
	}
	
}

package com.xtayfjpk.jvm.chapter7;

public class NotInitialization {

	/**
	 * @param args
	 */
	public static void main(String[] args) {
		
		//常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上没有直接引用到定义常量的类，不会导致该类初始化
		System.out.println(ConstClass.HELLOWORLD);
	}

}


   上述代码运行后，也没有输出“ConstClass init!”，这是因为虽然在Java源码中引用了ConstClass类中的常量HELLOWORLD，但是编译阶段将此常量值“hello world”存储到了NotInitialization类的常量池中，对象常量ConstClass.HELLOWORLD的引用实际都转化为NotInitialization类对自身常量池的引用。也就是说实际上NotInitialization的Class文件之中并没有ConstClass类的符号引用入口，这两个类在编译成Class之后就不存在任何联系了。
   接口的加载过程与类的加载过程稍有一些不同，针对接口需要做一些特殊说明：接口也有初始化过程，这点与类是一致的，上面的代码都是使用静态语句块“static {}”来输出初始化信息的，而接口中不能有“static {}”静态语句块，但编译器仍然会为接口生成“<clinit>”类构造器，用于初始化接口中所定义的成员变量(也是常量)。接口与类真正有所区别的是前面讲述的四有“有且仅有”需要开始初始化阶段场景中的第三种：当一个类在初始化时，要求其父类全都已经初始化过了，但是一个接口在初始化时，并不要求其父接口也全部初始完成了，只有在真正用到父接口的时候(如引用到接口中定义的常量)才会初始化。
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