Java类加载机制和对象创建过程

1、类加载

类加载的时机

​ 类加载，即虚拟机加载.class文件。什么时候虚拟机需要开始加载一个类呢？虚拟机对此没有规范约束，交给虚拟机把握。

Javac原理

​ javac是用于将源码文件.java编译成对应的字节码文件.class。

​ 其步骤是：源码——>词法分析器组件（生成token流）——>语法分析器组件（语法树）——>语义分析器组件（注解语法树）——>代码生成器组件（字节码）。

类加载过程

​ 先在方法区找class信息，有的话直接调用，没有的话则使用类加载器加载到方法区（静态成员放在静态区，非静态成功放在非静态区），静态代码块在类加载时自动执行代码，非静态的不执行；先父类后子类，先静态后非静态；静态方法和非静态方法都是被动调用，即不调用就不执行。

​ 类加载的流程如下图：

1、加载

• 通过类的全名限定获取定义此类的二进制字节流。
• 将字节流代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。
• 在内存（方法区）生成一个代表这个类的class对象，作为方法区这个类的各种数据访问入口。

加载和连接是交叉进行的，加载未完成可能连接已经开始了。

2、验证

​ 检查class是否符合要求，非必须阶段，对程序的运行期没有影响，-Xverif:none 关闭（可以提高启动速度）

• 文件格式验证（魔数、常量类型）；

• 元数据验证（语义分析）；

• 字节码验证（语义合法）；

• 符号引用验证;

3、准备

​ 正式为类变量（static成员变量）分配内存并设置类变量初始值（零值）的阶段，这个变量所使用的内存都将在方法区进行分配，这时候的内存分配仅包括类变量，而不包括实例变量，实例变量将会在对象实例化时随着对象一起在堆中进行分配。

4、解析

​ 虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。

5、初始化

​ 初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法的过程，虚拟机会保证一个类的类构造器<clinit>()在多线程环境中被正确的加锁，同步；如果多个线程同时初始化一个类，那么只会有一个线程区执行这个类的类构造器，其他线程阻塞等待，直到<clinit>()方法完毕，同一个类加载器，一个类只会被初始化一次。

2、类的初始化

类实例化和初始化概念

​ 类实例化：是指创建一个类的实例（对象）的过程，由类创建的对象，在构造一个实例时，需要在内存中开辟空间，即new Object()。

​ 类初始化：是指类中各个类成员（被static修饰的成员变量）赋初始值的过程，是类生命周期中的一个阶段；即实例化基础上对对象赋初始值。

类初始化的时机

有且只有5中情况下必须立即对类进行初始化：

• 遇到new、getstatic、putstaic、invokestatic 四条字节码指令，如果没有初始化则需要先进行初始化。

注：数组类型初始化只会初始化数组类型本身，不会初始化相关类型，例如：new String[]，此时只会初始化String[]即Ljava.lang.String，但是不会触发初始化String。

常见场景：

1、使用new关键字实例化对象。

2、读取或者设置一个类的静态字段（被final修饰，已在编译器把结果放在常量池的静态字段除外）的时候。

3、调用一个类的静态方法时。

• 使用java.lang.reflect进行反射调用，如果未初始化，触发初始化
• 初始化一个类时，若父类未初始化，则先触发父类初始化
• 虚拟机启动时，用户需要指定一个执行main方法的主类，虚拟机会先初始化这个类
• 如果一个java.lang.invoke.MethodHandle 实例最后的解析结果的REF-getstatic、REF-pubstatic、REF-invokestatic方法句柄，并且这个方法句柄所在对应的类没有进行初始化，则需要先触发其初始化

以上初始化称为主动引用，除此之外所有引用类的方式都不会触发初始，称为被动引用。

被动引用案例

• 通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类的初始化。
• 通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化。
• 常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用到定义常量的类，因此不会触发定义常量的初始化；例如：调用public static final String CONSTANT="XXX"。

Java对象创建的几种方式

（new、反射、克隆 ）

• new Object()，以new方式调用构造函数创建对象；
• 使用class类的newInstance()方法（反射）；
• 使用Constructor类的newInstance()方法（反射）；
• 使用clone()方法创建对象（克隆）；
• 使用序列化|反序列化机制创造对象（深克隆）；

Java对象创建的过程

1. 在堆内存中开辟一块空间；

2. 给开辟的空间分配一个地址；

3. 对所有非静态成员加载到所开辟的空间；

4. 对非静态成员变量进行默认值初始化；

5. 调用构造函数；

6. 构造函数入栈执行时，先隐式三步（super()、初始化、构造代码块），再执行构造函数代码；

   构造函数和构造器的执行顺序：

   1. 父类的类构造器<clinit>()
   2. 子类的类构造器<clinit>()
   3. 父类的成员变量和实例代码块
   4. 父类的构造函数
   5. 子类的成员变量和实例代码块
   6. 子类的构造函数

7. 构造函数执行完弹出栈后，把空间分配的地址给引用对象；

核心步骤：检查类释放被加载——为新生对象分配内存——初始化设定零值——必要的设置——执行<init>方法。

​

​ 类构造器<clinit>()与实例构造器<init>()区别：类构造器<clinit>()与实例构造器<init>()不同，它不需要显式调用，虚拟机自己保证子类<clinit>()之前 调用父类<clinit>()。在同一个类加载器下，一个类只会被初始化一次，但可以任意实例化对象；即：一个类生命周期中，类构造器最多会被虚拟机调用一次，而实例化构造器会被调用多次，只要还在创建对象。

Java对象实例初始化

涉及三种执行对象的初始化：

• 实例变量初始化：实例变量直接赋值。
• 实例代码块初始化：实例代码块赋值，编译器会将其中的代码放在类的构造函数中去，并且这些代码会被放在超类构造函数调用语句之后，构造函数本身代码之前；这也是为什么Java要求构造函数第一句必须是super();即超类的类构造函数的调用语句；Java要求实例化之前必须实例化其父类，以保证完整性。
• 构造函数初始化：

public class A{
    private int i=2;//实例变量初始化

    {
        i++;//实例代码块初始化
    }

    public A(){}//构造函数初始化
}

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