快捷導(dǎo)航

淺談JVM之類的加載鏈接和初始化

更新時(shí)間：2021年06月03日 08:39:18 作者：flydean

有了java class文件之后，為了讓class文件轉(zhuǎn)換成為JVM可以真正運(yùn)行的結(jié)構(gòu)，需要經(jīng)歷加載，鏈接和初始化的過程。這三個(gè)過程是怎么工作的呢？在本文中你將會(huì)找到答案。

加載

JVM可以分為三大部分，五大空間和三大引擎，要講起來也不是特別復(fù)雜，先看下面的總體的JVM架構(gòu)圖。

從上面的圖中，我們可以看到JVM中有三大部分，分別是類加載系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域和Execution Engine。

加載就是根據(jù)特定名稱查找類或者接口的二進(jìn)制表示，并根據(jù)此二進(jìn)制表示來創(chuàng)建類和接口的過程。

運(yùn)行時(shí)常量池

我們知道JVM中有一個(gè)方法區(qū)的區(qū)域，在JDK8中，方法區(qū)的實(shí)現(xiàn)叫做元空間。這個(gè)元空間是存放在本地內(nèi)存中的。

方法區(qū)中存放著每個(gè)class對(duì)應(yīng)的運(yùn)行時(shí)常量池。

當(dāng)類或者接口創(chuàng)建的時(shí)候，就會(huì)通過class文件中定義的常量池來構(gòu)建運(yùn)行時(shí)常量池。

運(yùn)行時(shí)常量池中有兩種類型，分別是symbolic references符號(hào)引用和static constants靜態(tài)常量。

其中靜態(tài)常量不需要后續(xù)解析，而符號(hào)引用需要進(jìn)一步進(jìn)行解析處理。

靜態(tài)常量分為兩個(gè)部分：String常量和數(shù)字常量。

String常量是對(duì)String對(duì)象的引用，是從class中的CONSTANT_String_info結(jié)構(gòu)體構(gòu)建的。

數(shù)字常量是從class文件中的CONSTANT_Integer_info, CONSTANT_Float_info, CONSTANT_Long_info和 CONSTANT_Double_info 構(gòu)建的。

符號(hào)引用也是從class中的constant_pool中構(gòu)建的。

對(duì)class和interface的符號(hào)引用來自于CONSTANT_Class_info。

對(duì)class和interface中字段的引用來自于CONSTANT_Fieldref_info。

class中方法的引用來自于CONSTANT_Methodref_info。

interface中方法的引用來自于CONSTANT_InterfaceMethodref_info。

對(duì)方法句柄的引用來自于CONSTANT_MethodHandle_info。

對(duì)方法類型的引用來自于CONSTANT_MethodType_info。

對(duì)動(dòng)態(tài)計(jì)算常量的符號(hào)引用來自于CONSTANT_MethodType_info。

對(duì)動(dòng)態(tài)計(jì)算的call site的引用來自于CONSTANT_InvokeDynamic_info。

類加載器

類是怎么創(chuàng)建的呢？類的創(chuàng)建可以是由其他類調(diào)用該類的初始化方法來創(chuàng)建，也可以通過反射來創(chuàng)建。

類其實(shí)又可以分為兩種，一種是數(shù)組類，一種是非數(shù)組類。

對(duì)于非數(shù)組類，因?yàn)樗麄冇邢鄳?yīng)的二進(jìn)制表示，所以是通過類加載器加載二進(jìn)制表示來創(chuàng)建的。

而對(duì)于數(shù)組類，因?yàn)樗麄儧]有外部的二進(jìn)制表示，所以數(shù)組類是由java虛擬機(jī)創(chuàng)建的。

java虛擬機(jī)中的類加載器又有兩種，一種是虛擬機(jī)提供的引導(dǎo)類加載器，一種是用戶自定義的類加載器。

如果是用戶自定的類加載器，那么應(yīng)該是ClassLoader的一個(gè)實(shí)現(xiàn)。用戶自定義類加載器主要是為了擴(kuò)展java虛擬機(jī)的功能，以支持動(dòng)態(tài)加載并創(chuàng)建類。

鏈接

鏈接是為了讓類或者接口可以被java虛擬機(jī)執(zhí)行，而將類或者接口并入虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)狀態(tài)的過程。

鏈接具體的工作包括驗(yàn)證和準(zhǔn)備類或者接口。而解析這個(gè)類或者接口中的符號(hào)引用是鏈接過程中的可選部分。

如果java虛擬機(jī)選擇在用到類或者接口中的符號(hào)引用時(shí)才去解析他們，這叫做延遲解析。

如果java虛擬機(jī)在驗(yàn)證類的時(shí)候就解析符號(hào)引用，這就叫做預(yù)先解析。

驗(yàn)證

驗(yàn)證主要是為了保證類和接口的二進(jìn)制表示的結(jié)構(gòu)正確性。

如果類或者接口的二進(jìn)制表示不滿足相應(yīng)的約束，則會(huì)拋出VerifyError異常。

準(zhǔn)備

準(zhǔn)備主要是創(chuàng)建類或者接口的靜態(tài)字段，并使用默認(rèn)值來初始化這些字段。

解析

解析是指根據(jù)運(yùn)行時(shí)常量池中的符號(hào)引用來動(dòng)態(tài)決定其具體值的過程。

在執(zhí)行java虛擬機(jī)指令：

anewarray,checkcat, getfield, getstatic, instanceof, invokedynamic, invokeinterface, invokespecial, invokestatic, invokevirtual, ldc, ldc_w, multianewarray, new , putfield和putstatic這些指令的時(shí)候，都會(huì)去將符號(hào)引用指向運(yùn)行時(shí)常量池，從而需要對(duì)符號(hào)引用進(jìn)行解析。

解析可以分為類和接口的解析，字段解析，普通方法的解析，接口方法解析，方法類型和方法句柄解析，調(diào)用點(diǎn)限定符解析這幾種。