JVM 类加载机制

简介

类加载机制包括 类加载过程 和 类加载器。

Java虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型，这个过程被称作虚拟机的类加载机制。

类加载的时机

一个类型从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期将会经历加载 （Loading）、验证（Verification）、准备（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）、使用（Using）和卸载（Unloading）七个阶段，其中验证、准备、解析三个部分统称 为连接（Linking）。

类的生命周期

类的生命周期.png

加载、验证、准备、初始化和卸载这五个阶段的顺序是确定的，类型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：它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语言的运行时绑定特性（也称为动态绑定或晚期绑定）。

六种情况必须立即初始化

《Java虚拟机规范》严格规定了有且只有六种情况必须立即对类进行“初始化”

• 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令时，如果类型没有进行过初始化，则需要先触发其初始化阶段。能够生成这四条指令的典型Java代码场景有：

  • 使用new关键字实例化对象的时候。

  • 读取或设置一个类型的静态字段（被final修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外）的时候。

  • 调用一个类型的静态方法的时候。

• 使用java.lang.reflect包的方法对类型进行反射调用的时候，如果类型没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。

• 当初始化类的时候，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。

• 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。

• 当使用JDK 7新加入的动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果为REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic、REF_newInvokeSpecial四种类型的方法句柄，并且这个方法句柄对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。

• 当一个接口中定义了JDK 8新加入的默认方法（被default关键字修饰的接口方法）时，如果有这个接口的实现类发生了初始化，那该接口要在其之前被初始化。

对于这六种会触发类型进行初始化的场景，《Java虚拟机规范》中使用了一个非常强烈的限定语——“有且只有”，这六种场景中的行为称为对一个类型进行主动引用。除此之外，所有引用类型的方式都不会触发初始化，称为被动引用。

被动引用例子

• 通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化

• 通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化

public class SuperClass { 
    static { 
      System.out.println("SuperClass init!"); 
    }
    public static int value = 123; 
}
public class SubClass extends SuperClass { 
    static {
        System.out.println("SubClass init!");
    } 
}
​
public class NotInitialization { 
    public static void main(String[] args) {

      // 只输入 SuperClass init！
      System.out.println(SubClass.value); 

      // 不会输出 SuperClass init！
      SuperClass[] sca = new SuperClass[10];

    } 
}

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，因此不会触发定义常量的类初始化。

public class ConstClass { 
    static { 
       System.out.println("ConstClass init!"); 
    }

    public static final String HELLOWORLD = "hello world"; 
}
​
public class Main { 
    public static void main(String[] args) {

      // 不会输出 ConstClass init!
      System.out.println(ConstClass.HELLOWORLD); 
    } 
}
​
/** 
* 在编译阶段通过常量传播优化，已经将此常量的值“hello world”直接存储在Main类的常量池中，
* 以后Main对常量 ConstClass.HELLOWORLD的引用，实际都被转化为Main类对自身常量池的引用了
**/