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深入理解JVM虚拟机---类的加载、连接、初始化

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俺也想起舞
发布2019-12-31 11:58:05
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发布2019-12-31 11:58:05
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文章被收录于专栏:码的一手好代码

类的加载、连接、初始化

类的加载、连接、初始化

在Java代码中,类型的加载、连接和初始化过程都是在程序运行期间完成的 由此提供了更大的灵活性以及更多的可能性

  • 加载:查找并加载二进制类
  • 连接
    • 验证:确保加载类的正确性
      • 类文件的结构检测
      • 语义检测
      • 字节码验证
      • 二进制兼容性检测
    • 准备:为类的静态变量分配内存,并将其初始化为默认值。例如有static int a=1,其中int类型的默认值为0,则a的值为0
    • 解析:把类中的符号引用转换为直接引用,类之间的引用采用指针的方式直接指定
  • 初始化:为静态变量赋予正确的初始值例如将前面的a复制为1。所有的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”才会初始化他们
  • 类的使用
    • 主动使用(类实例化)
    • 被动使用
  • 垃圾回收和对象终结
  • 类卸载
类的加载

定义

类的加载是指将类的.class文件的二进制数据读入到内存中,将其放在运行时数据的方法区内,然后在内存中创建一个java.lang.Class对象(规范并未说Class对象放在哪,HotSpSpot虚拟机将其放在方法区中),其中Class对象封装了方法区内的数据结构,并且向Java程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口 JVM规范允许类加载器在预料某个类将要被使用时就预先加载它,如果在预先加载的过程中遇到了.class文件缺失或者存在错误,类加载器必须在程序首次主动使用该类才会抛出错误(LinkageError错误),也就是说如果程序一直没主动使用该类,则类加载器就不会报错 ps:与初始化不同,类的加载并不需要等到某个类被“首次主动使用”时才加载他

加载器

一共存在两类类加载器

  • Java虚拟机自带的加载器
    • 根类加载器(BootStrap)
    • 拓展类加载器(Extension)
    • 系统(应用)类加载器(System)
  • 用户自定义加载器
    • java.lang.ClassLoader的子类
    • 用户可以自定义类的加载方式

类的加载方式

  • 从本地系统中直接加载
  • 通过网络下载.class文件
  • 从zip、jar等归档文件中加载.class文件
  • 从转有的数据库中提取.class文件
  • 将java源文件动态编译为.class文件(动态代理)
类的初始化

在初始化阶段,Java虚拟机执行类的初始化语句,为类的静态变量赋初值。在程序中,静态变量的初始化有两种途径:(1)在静态变量声明处进行初始化;(2)在静态代码块中初始化

类的主动使用

  • 创建类的实例。例如,new Object(),但是声明对象不会
    • 为实例的对象分配内存
    • 为实例的变量赋默认值
    • 为实例变量赋正确的初始值(此过程与初始化过程差不多)
  • 访问某个类的静态方法,或者对改静态方法复制
  • 调用某类的静态方法
  • 反射,例如,Class.forName("com.test.Test")
  • 初始化一个类的子类
  • Java虚拟机启动时被标明为启动类的类
  • JDK1.7开始提供动态语言支持:java.lang.invoke.MethodHandle实例的解析结果REF_getStatic,REF_putStatic,REF_invokeStatic句柄对应的类没有初始化,则初始化

除了以上7种情况,其他使用Java类的方式均被看作类的被动使用,都不会导致类的初始化

几种特殊情况

  • 情形一

通过子类对象调用父类的静态变量,并未主动使用子类,子类的静态代码块不会被初始化,但是此种情况依然会加载MySon.class文件

代码语言:javascript
复制
public class MyTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(MySon.str);
    }
}
class MyParent{
    public static String str = "it's parent obj";
    static {
        System.out.println("hello world");
    }
}
class MySon extends MyParent{
    static {
        System.out.println("hello world son");
    }
}
  • 情形二

将MyParen类修改中str字符串添加final修饰符,则MyParent和MySon均不会被加载也不会被初始化,也不会被加载

代码语言:javascript
复制
public class MyTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(MySon.str);
        System.out.println(MyParent.uuid);
    }
}
class MyParent{
    public static final String str = "it's parent obj";
    public static final String uuid = UUID.randomUUID().toString();
    static {
        System.out.println("hello world");
    }
}

原因:final修饰的常量在编译阶段会存入调用这个常量的类的常量池中,本质上调用类并没有直接引用到定义常量的类,因此并不会触发定义常量的类的初始化。但是如果是使用的UUID.randomUUID()这样的变量,还是会初始化该对象

  • 情形三

初始化某个对象的数组并不会导致该类被初始化

代码语言:javascript
复制
public class MyTest3 {
    public static void main(String[] args) {
        MyParent3[][] myParent3s = new MyParent3[4][4];
        System.out.println(myParent3s.getClass());
    }
}
class MyParent3{
    static {
        System.out.println("hello world");
    }
}
//结果
//class [[Lvideo_lecture.classloader.MyParent3;

从打印的类来看,Java虚拟机在运行时会生成一个数组类型的类,如果是二维数组,则class名含有两个[[`

  • 情形四

当一个接口初始化时,并不要求其父类接口都完成初始化

只有当真正使用到父接口的时候(如引用接口所定义的常量时),才会初始化

代码语言:javascript
复制
public class MyTest4 {
    public static void main(String[] args) {
        /*并不会打印"im parent4",但是将interface改为class时会打印*/
        System.out.println(MySon4.t2);
    }
}
interface MyParent4{
    public static final Thread t1 = new Thread(){
        {
            System.out.println("im parent4");
        }
    };
}
interface MySon4 extends MyParent4{
    public static final Thread t2 = new Thread(){
        {
            System.out.println("im son4");
        }
    };
}
  • 情形五

ClassLoader类的loadClass并不会导致类的主动使用,也就是并不会导致类的初始化

但是Class.forName(),即反射是会导致类的主动使用的

代码语言:javascript
复制
public class MyTest6 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        final ClassLoader loader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        Class<?> clazz = loader.loadClass("video_lecture.classloader.CL");
        System.out.println(clazz);
        System.out.println("----------------");
        clazz = Class.forName("video_lecture.classloader.CL");
        System.out.println(clazz);
    }
}
class CL{
    static {
        System.out.println("im static block");
    }
}

助记符

ldc:int、float、String类型常量值从常量池中推送至栈顶

bipush:将单字节(-128~127)的常量值推送至栈顶

sipush:表示将一个短整型常量值( -32768-32767)推送至栈顶

iconst_m1-iconst_5:将-1-5推送至栈顶(一共7个)

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