JVM类加载机制

1 类的加载过程

类被加载到虚拟机到卸载，整个生命周期包括：加载、验证、准备、解析、初始化，使用和卸载七个阶段。其中验证，准备，解析统称为连接。加载、验证、准备和初始化，卸载这五个阶段发生的顺序是确定的，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开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定（也成为动态绑定或晚期绑定——为了实现多态）。另外注意这里的几个阶段是按顺序开始，而不是按顺序进行或完成，因为这些阶段通常都是互相交叉地混合进行的，通常在一个阶段执行的过程中调用或激活另一个阶段。

2 加载

加载是类加载过程的第一个阶段，在加载阶段，虚拟机需要完成以下三件事情：

1. 通过一个类的全限定名来获取其定义的二进制字节流。

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Java堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为对方法区中这些数据的访问入口。

注意：

数组类本身不通过类加载器创建，他是由JVM直接创建，并且遵循如下规则：

• 数组的组件类型是引用类型，那就递归加载这个组件类型，并将数组类与加载这个组件的类加载器绑定。

• 数组的组件类型不是引用类型，JVM把数组类与引导类加载器绑定。

• 数组类的可见性与组件类的可见性一直。如果组件类不是引用类型，那数组类的可见性默认为public。

3 连接

3.1 验证

验证的目的是为了确保Class文件中的字节流包含的信息符合当前虚拟机的要求，而且不会危害虚拟机自身的安全。不同的虚拟机对类验证的实现可能会有所不同，但大致都会完成以下四个阶段的验证：文件格式的验证、元数据的验证、字节码验证和符号引用验证。

• 文件格式验证：验证字节流是否符合Class文件格式的规范；例如：是否以0xCAFEBABE开头、主次版本号是否在当前虚拟机的处理范围之内、常量池中的常量是否有不被支持的类型。

• 元数据验证：对字节码描述的信息进行语义分析（注意：对比javac编译阶段的语义分析），以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求；例如：这个类是否有父类，除了java.lang.Object之外。

• 字节码验证：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。

• 符号引用验证：确保解析动作能正确执行。

验证阶段是非常重要的，但不是必须的，它对程序运行期没有影响，如果所引用的类经过反复验证，那么可以考虑采用-Xverifynone参数来关闭大部分的类验证措施，以缩短虚拟机类加载的时间。

3.2 准备

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，这些内存都将在方法区中分配。对于该阶段有以下几点需要注意：

1. 这时候进行内存分配的仅包括类变量（static），而不包括实例变量，实例变量会在对象实例化时随着对象一块分配在Java堆中。

2. 这里所设置的初始值通常情况下是数据类型默认的零值（如0、0L、null、false等），而不是被在Java代码中被显式地赋予的值。

注意：

public static int value = 3；

变量value在准备阶段过后的初始值为0，而不是3，value赋值为3的putstatic指令是在程序编译后，存放于类构造器<clinit>（）方法之中的，所以把value赋值为3的动作将在初始化阶段才会执行。</clinit>

静态变量不赋初始值时，使用默认值。对局部变量来说，在使用前必须显式地为其赋值，否则编译时不通过。

对于类变量，有两种方式可以为其复制初始值，一种是通过<clinit>（）方法。另一种是通过ConstantValue属性赋值。java编译器对于同时被static和final修饰的基本类型或者java.lang.String类型就生成ConstantValue属性进行初始化。对于没有被final修饰或者不是基本类型或字符串类型，则使用clinit（）方法初始化。

ConstantValue 修饰的字段在准备阶段就初始化了，如下：

public static final int value = 3；

3.3 解析

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，解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符7类符号引用进行。

符号引用就是一组符号来描述目标，可以是任何字面量。

直接引用就是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。

4 初始化

初始化，为类的静态变量赋予正确的初始值，JVM负责对类进行初始化，主要对类变量进行初始化。在Java中对类变量进行初始值设定有两种方式：

• 声明类变量是指定初始值

• 使用静态代码块为类变量指定初始值

初始化阶段是执行类构造器<clinit>（）方法的过程。</clinit>

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中的语句合并产生的，编译器收集的顺序是由语句在源文件中出现的顺序所决定的，静态语句块中只能访问到定义在静态语句块之前的变量，定义在它之后的变量，在前面的静态语句中可以赋值，但是不能访问。</clinit>

2. <clinit>（）方法与实例构造器<init>（）方法（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，在虚拟机中第一个被执行的<clinit>（）方法的类肯定是java.lang.Object。</clinit></clinit></clinit></init></clinit>

3. <clinit>（）方法对于类或接口来说并不是必须的，如果一个类中没有静态语句块，也没有对类变量的赋值操作，那么编译器可以不为这个类生成<clinit>（）方法。</clinit></clinit>

4. 接口中不能使用静态语句块，但仍然有类变量（final static）初始化的赋值操作，因此接口与类一样会生成<clinit>（）方法。但是接口与类不同的是：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一样不会执行接口的<clinit>（）方法。</clinit></clinit></clinit></clinit>

5. 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，如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有一个线程去执行这个类的<clinit>（）方法，其他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，那就可能造成多个线程阻塞，在实际应用中这种阻塞往往是很隐蔽的。</clinit></clinit></clinit></clinit>

【深入Java虚拟机】之四：类加载机制_兰亭风雨的专栏-CSDN博客_java类加载机制