【JVM】java类加载机制

关键词:类生命周期、类加载器、类加载机制、双亲委派模型

一、什么类的加载?

    所谓加载类,就是JVM将类的.class文件中二进制数据读取到内存(运行时数据区的方法区)中,并在内存(堆区)中创建java.lang.Class对象的过程。其中,堆区的Class对象是封装了类在方法区内的数据结构,向java程序员提供了操作方法区内数据结构的接口,为类加载的最终产物。

    加载类的时机:一个类的加载,并不需要等到该类被使用时才被加载,JVM允许类加载器预先加载可能将要被使用的类;且在预加载过程中若.class文件缺失或错误,类加载器并非一定会报告错误,只有该类被程序主动使用时才会报告错误(LinkageError)。

    加载类的途径:本地系统中的.class文件、网络中下载的.class文件、zip/jar等归档文件中加载的.class文件、专有数据库中提取的.class文件、java源文件动态编译生成的.class文件

注意:确切地说,上述描述的所谓类的加载只是类生命周期整个类加载过程中的第一个阶段,也即是获取类的二进制字节流的一个动作,称之为加载阶段;;注意区分用词“类的加载阶段与类的加载过程”!!


二、类生命周期

    类生命周期,也即类的加载过程包括加载(称为加载阶段更好些,以便与整个加载过程进行区分!)、验证、准备、解析、初始化五个阶段;

    其中,加载阶段、验证、准备、初始化这四个阶段开始的顺序是确定的(注意,这里并不是说按顺序进行或完成,仅是说开始的顺序,通常进行交叉混合的也即在一个阶段的执行过程中调用或激活另一个阶段);而解析,则可以是在初始化阶段之后才开始,这是为了支持java的动态绑定(运行时绑定)。

    1、加载阶段

    也即前文第一部分中所描述的过程,简言之“查找并读取类的二进制数据到内存方法区,并在内存堆区中创建Class对象”;JVM主要完成三件事情:

  • 读取二进制字节流数据(by 类的全限定名)
  • 将字节流所代表的静态存储结构转化为运行时数据结构(->方法区)
  • 生成Class对象(->堆区)

PS:开发人员可以使用系统提供的类加载完成加载,也可以自定义类加载器完成加载(一般就只是自定义类文件二进制数据的读取,如网络传输中加密的类文件),确切地说是自定义类加载中的读取方法!

    2、连接阶段(验证、准备、解析)

    (1)验证:确保二进制字节流数据符合JVM要求,不会存在危害JVM虚拟机的安全问题

    主要完成四个检验动作,验证文件格式(class文件格式规范)、验证元数据(字节码描述的信息是否符合java语言规范)、验证字节码(程序语义是否合法、符合逻辑)、验证符号引用(确保后续解析动作能够正确执行)

    验证阶段非常重要,但不是必须的,可通过-Xverifynone参数关闭验证以缩短类加载时间

    (2)准备:在方法区内为类变量(静态变量)分配内存,并设置初始值!注意:

  • 仅是类变量,而非实例变量(实例变量为对象实例化与对象一起在堆内存中分配)
  • 初始值通常是变量所属数据类型默认的零值(0、0L、null、false等),而非java代码中显示赋予的值
  • 如果是静态常量(final和static修饰),也即该类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性,那么就会被初始化为ConstantValue属性所指定的值(因此,静态常量在声明时必须显示地赋值,否则编译无法时不能通过 => 编译时:基本数据类型的类变量和全局变量可以不显示赋值,局部变量必须显示地为其赋值),也即static final常量在编译期就将其结果放入了调用它的类的常量池中

    (3)解析:将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程

  • 该动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄、调用点限定符这7类符号引用进行
  • 符号引用:一组描述目标的符号,可以是任意字面量
  • 直接引用:直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄

    3、初始化阶段

    为类变量赋予正确的初始值(声明时指定初始值;或在静态代码块中为其指定赋值)

    初始化时机:类被主动使用时,才会执行初始化动作,如:

  • 创建类的实例时(new)
  • 访问某个类或接口的静态变量,或对该静态变量赋值时
  • 调用某个类的静态方法时
  • 反射
  • 初始化某个类时,其父类也会被初始化
  • JVM启动时被标明为启动类的类(如Test类),或直接使用java.exe命令运行的某主类

    类初始化的步骤:

    (1)、若该类还没被加载和连接,则先加载该类

    (2)、若该类的直接父类还没被初始化,则先初始化父类

    (3)、若该类中有初始化语句,则依次执行该类的初始化语句

    其中,1、2、3属于类的加载过程

    4、使用 - 卸载 - 结束生命周期


三、类加载器


四、类加载机制


五、双亲委派模型



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