在学习本节之前,务必了解类文件结构

类加载是什么,从哪里来到哪里去,什么时候产生,是什么过程?

本节针对普通类(排除数组,排除JDK7+支持动态语言的特性相关)的加载过程

基本理解

定义:

一个比较简单的定义如下:

根据类的全限定名(java.lang.Integer)找到类对象(Class对象),然后将它加载到方法区中

过程

类加载基本流程

类的使用有7个阶段,加载具有5个阶段,我们主要描述的也是这5个阶段

图中按难易程度标注了五个过程

简单: 绿色
一般: 浅红
复杂: 红色,深红色

虚拟机并没有规定类加载的具体时机,只对解析和初始化进行了明确的规定.

类加载时机规定

初始化的规定

先初始化main方法所在的类
父类未初始化时,先初始化父类
遇到 new创建对象new Object(),putstatic为静态字段赋值,getstatic获取静态字段的值,invokestatic执行静态方法字节码时
反射调用类时
使用JDK7的动态语言支持的时候. MethodHandler的解析结果为 putstatic,getstatic,invokestatic时 (不管它,反正也不用)

解析的规定

在遇到下列字节码之前进行解析:

anewarray 创建数组(元素是引用类型)
checkcast 对象强制转换
getfield 获取字段的值
getstatic 获取静态字段的值
instanceof instanceof 判断
invokedynamic 动态调用点限定符(目前java不会生成，为了支持其他语言用的)
invokeinterface 执行接口方法
invokespecial 执行私有方法,构造方法
invokestatic 执行静态方法
invokevirtual 执行虚方法
ldc 将int、float或String型常量值从常量池中推送至栈顶
ldc_w 将int、float或String型常量值从常量池中推送至栈顶（宽索引）
multianewarray 创建多维数组
new 创建对象
putfield 设置字段的值
putstatic 设置静态字段的值

顺序说明

在类加载过程中加载->验证->准备->初始化的开始顺序是确定的。
解析却不一定,由虚拟机实现来决定在初始化之前或者之后执行

可以从字节码规定中发现,以下指令是初始化和解析重合的。
所以笔者认为:在遇到以下4个指令的情况下,由虚拟机的具体实现去决定初始化和解析谁先谁后

new
putstatic
getstatic
invokestatic

图形说明

灰色无关
红色顺序不确定
绿色执行解析

解析字节码规定

类加载五阶段

类加载的触发有3种情况

虚拟机启动加载（不管）
由解析阶段触发 (加载，验证，准备在解析之前)
由初始化阶段触发,(加载，验证，准备在初始化之前)

加载

从类的全限定名(java.lang.Integer)获得二进制字节流(byte[])
将类静态存储结构(CONSTANT_Class_info)转换为方法区运行时存储结构(虚拟机自己定义结构,没有规范)
生成Class对象,作为类的数据的访问接口

加载是一个相对简单的流程,也是程序员最可控的流程,可以由程序员自行决定如何通过类的全限定名获取二进制字节流

运行时生成(动态代理)
由文件生成(jsp)
网络中获取(Applet)
压缩文件中获取(war,jar)

验证

验证是比较复杂的一个阶段，与多个阶段都会交叉执行。 (可以用-Xverify:none 关闭验证)

文件格式验证
元数据验证
字节码验证
符号引用验证

这里简单的介绍一下各个验证分别是验证什么内容。主要说明与哪些阶段交叉，什么时候交叉

文件格式验证

文件头是不是0xCAFEBABE
主次版本是否在当前版本处理范围内
是否有不被支持的常量类型

在加载阶段的格式转换并存储时进行验证,验证通过后,才会在方法区存储

这个阶段是对二进制字节流验证。后面的都是对静态存储结构(StaticClass)进行验证

元数据验证

是否有父类
是否继承了final类
是否实现了所有抽象方法

在文件格式验证之后

字节码验证

不跳转到方法体外
操作栈的访问正确性(存int按long去访问)

在元数据验证之后

符号引用验证

通过全限定名是否能找到类
符号引用中类、字段、方法的访问性(private,protected,public,default)是否可以被当前类访问

在解析阶段中发生

验证小结

省略了加载阶段中,从全限定名获得二进制字节流的过程。

加入了4个验证阶段的发生的时间
验证阶段说明

准备

这是最简单的一个阶段,只为静态字段赋初始值

非final

静态字段默认初始值:

类型	默认值	类型	默认值
byte	0	short	0
char	0	int	0
long	0	double	0
float	0	boolean	false
refrence	null

例如下面代码的初始值为0

private static int number = 3;

final静态字段

初始值就是定义的值

例如下面代码的初始值就不是0,而是3

private static final int number = 3;

解析

解析的定义: 将常量池中符号引用替换成直接引用

符号引用: 以一组符号来描述所引用的目标，符号引用的字面量明确规定在class文件格式中（目标不一定在内存）
直接引用: 能直接或间接定位到目标的指针（目标已在内存）

下图为4种解析的说明

解析定义图

解析针对7种符号引用进行，这里只说明4种(与java有关)。剩余的3种与JDK7新增的动态语言有关

类或接口解析

字段不是数组时: 当前类加载器(ClassLoader)去加载这个类型
是数组时: 当前类加载器(ClassLoader)去加载元素类型，数组类型有JVM的类加载器去加载

字段解析

在当前类查找字段
在接口列表和接口的父接口查找
在父类中查找

类方法解析

查找当前类
查找父类
查找父接口，找到则抛出异常(java.lang.AbstractMethodError)
抛出异常(java.lang.NoSuchMethodError)

接口方法解析

当前接口查找
父接口查找
抛出异常(java.lang.NoSuchMethodError)

初始化

初始化阶段做了以下两件事情

合并静态字段、静态块生成类构造器方法
执行类构造器方法

执行类构造器()方法(非实例构造)

类构造器是什么?

类构造器由编译器收集静态字段和静态块合并产生的。执行顺序和源码顺序一致

例如:

    private static int a = 1;
    static{
        int ma = 2;
    }
    private static int b = 2;

合并后的类构造器内容

private <clinit>(){
    int a = 1;
    int ma = 2;
    int b = 2;
}

说明

本文的内容全部来自于: 《深入理解Java虚拟机》。

JAVA虚拟机（四）-图解类加载机制

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