类加载过程

加载阶段

在加载阶段虚拟机需要完成以下3件事情:

① 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流.

② 将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构.

③ 在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象,作为方法区这个类的各种数据的访问入口.

验证阶段

验证是连接阶段的第一步,这个阶段的目的是为了确保Class文件中的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求,并且不会危害虚拟机自身的安全.从整体上看,验证阶段大致上会完成下面4个阶段的检验动作:

① 文件格式验证

第一个阶段要验证字节流是否符合Class文件格式的规范,并且能被当前版本的虚拟机处理.该验证阶段的主要目的是保证输入的字节流能正确地解析并存储于方法区之内,格式上符合描述一个java类信息的要求.这阶段的验证是基于二进制的字节流进行的,只有通过了这个阶段的验证后,字节流才会进入内存的方法区中进行存储,所以后面的3个验证阶段全部是基于方法区的存储结构进行的,不会再直接操作字节流.可能包括但是远不止以下验证点:1.是否以魔数0xCAFEBABE开头 2.主,次版本号是否在当前虚拟机的处理范围之内 3.常量池的常量中是否有不被支持的常量类型(检查常量tag标志).

② 元数据验证

第二阶段是对字节码描述的信息进行语义分析,以保证其描述的信息符合java语言规范的要求.这个阶段可可能包括但是远不止以下验证点:1.这个类是否有父类(除了java.lang.Object之外,所有的类都应当有父类). 2.这个类是否继承了不被允许继承的类(final修饰的类).

③ 字节码验证

第三个阶段主要目的是通过数据流和控制流分析,确定程序语义是合法的,符合逻辑的.在第二阶段对元数据信息中的数据类型做完校验后,这个阶段将对类的方法体进行校验,保证被校验类的方法在运行时不会做出危害虚拟机安全的事情.这个阶段可可能包括但是远不止以下验证点: 1.在操作栈放置了一个int类型的数据,使用时却按long类型来加载入本地变量表中. 2.保证跳转指令不会跳转到方法体以外的字节码指令上.

④ 符号引用验证

最后一个阶段的校验发生虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候,这个转化动作将在连接的第三阶段-解析阶段中发生,符号引用验证可以看作是对类自身以外(常量池中的各种符号引用)的信息进行匹配性校验.目的确保解析动作能正常执行.在于这个阶段可可能包括但是远不止以下验证点:     1.符号引用中通过字符串描述的全限定名是否能找到对应的类. 2.在指定类中是否存在符合方法的字段描述符以及简单名称所描述的方法和字段.

准备阶段

准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段,这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配.需要注意的是,这个时候进行内存分配的只有类变量,不包括实例变量,实例变量实在对象实例化的时候随着对象一起分配在java堆中.并且此时的初始值是数据类型的零值.

解析阶段

解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程.

符号引用(Symbolic Reference):符号引用以一组符号来描述所引用的目标,符号引用可以是任何形式的字面量,符号引用与虚拟机实现的内存布局无关,引用的目标并不一定已经在内存中。

直接引用(Direct Reference) :直接引用可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。直接引用是与虚拟机实现的内存布局相关的,同一个符号引用在不同的虚拟机实例上翻译出来的直接引用一般都不相同,如果有了直接引用,那引用的目标必定已经在内存中存在。

1、类或接口的解析:判断所要转化成的直接引用是对数组类型,还是普通的对象类型的引用,从而进行不同的解析。

2、字段解析:对字段进行解析时,会先在本类中查找是否包含有简单名称和字段描述符都与目标相匹配的字段,如果有,则查找结束;如果没有,则会按照继承关系从上往下递归搜索该类所实现的各个接口和它们的父接口,还没有,则按照继承关系从上往下递归搜索其父类,直至查找结束。

3、类方法解析:对类方法的解析与对字段解析的搜索步骤差不多,只是多了判断该方法所处的是类还是接口的步骤,而且对类方法的匹配搜索,是先搜索父类,再搜索接口。

4、接口方法解析:与类方法解析步骤类似,只是接口不会有父类,因此,只递归向上搜索父接口就行了。

初始化阶段

类初始化阶段是类加载过程的最后一步,前面的类加载过程中,除了加载(Loading)阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器参与之外,其余动作完全由虚拟机主导和控制。到了初始化阶段,才真正开始执行类中定义的Java程序代码。 在准备阶段,变量已经赋过一次系统要求的初始值,而在初始化阶段,则根据程序员通过程序制定的主观计划去初始化类变量和其他资源.在Java中对类变量进行初始值设定有两种方式:

①声明类变量时指定初始值

②使用静态代码块为类变量指定初始值


初始化阶段时执行类构造器()方法的过程:

1)<clinit>()方法是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态语句块(static{}块)中的语句合并产生的,编译器收集的顺序由语句在源文件中出现的顺序所决定。

2)<clinit>()方法与类的构造函数不同,它不需要显式地调用父类构造器,虚拟机会保证在子类的<clinit>()方法执行之前,父类的<clinit>()方法已经执行完毕,因此在虚拟机中第一个执行的<clinit>()方法的类一定是java.lang.Object。

3)由于父类的<clinit>()方法先执行,也就意味着父类中定义的静态语句块要优先于子类的变量赋值操作。

4)<clinit>()方法对于类或者接口来说并不是必需的,如果一个类中没有静态语句块也没有对变量的赋值操作,那么编译器可以不为这个类生成<clinit>()方法。


5)接口中可能会有变量赋值操作,因此接口也会生成<clinit>()方法。但是接口与类不同,执行接口的<clinit>()方法不需要先执行父接口的<clinit>()方法。只有当父接口中定义的变量被使用时,父接口才会被初始化。另外,接口的实现类在初始化时也不会执行接口的<clinit>()方法。


6)虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确地加锁和同步。如果有多个线程去同时初始化一个类,那么只会有一个线程去执行这个类的<clinit>()方法,其它线程都需要阻塞等待,直到活动线程执行<clinit>()方法完毕。如果在一个类的<clinit>()方法中有耗时很长的操作,那么就可能造成多个进程阻塞。

结束生命周期

在以下情况的时候,Java虚拟机会结束生命周期
1. 执行了System.exit()方法
2. 程序正常执行结束
3. 程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止
4. 由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止

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