1 概述

? Java虛擬機(jī)把描述類(lèi)的數(shù)據(jù)從Class文件加載到內(nèi)存， 并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)、轉(zhuǎn)化解析和初始化，最終形成可以被虛擬機(jī)直接使用的Java類(lèi)型，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為虛擬機(jī)的類(lèi)加載機(jī)制。在Java語(yǔ)言中，類(lèi)型的加載、連接和初始化都是在程序運(yùn)行期間完成的。

2 類(lèi)的加載時(shí)機(jī)

? 一個(gè)類(lèi)型從被加載到虛擬機(jī)內(nèi)存中開(kāi)始，到卸載出內(nèi)存為止，它的整個(gè)生命周期將會(huì)經(jīng)歷加載、驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析、初始化、使用和卸載七個(gè)階段，其中驗(yàn)證、準(zhǔn)備和解析三個(gè)部分統(tǒng)稱(chēng)為連接。發(fā)生順序如下：

? 《Java虛擬機(jī)規(guī)范》嚴(yán)格規(guī)定有且只有六種情況必須立即對(duì)類(lèi)進(jìn)行“初始化”（加載、驗(yàn)證和準(zhǔn)備自然需要在此之前開(kāi)始）：

• 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic這四條字節(jié)碼指令時(shí)，如果類(lèi)型沒(méi)有進(jìn)行初始化，則需要先觸發(fā)其初始化階段。能夠生成這四條指令的典型Java代碼場(chǎng)景有：
  • 使用new關(guān)鍵字實(shí)例化對(duì)象的時(shí)候
  • 讀取或設(shè)置一個(gè)類(lèi)型的靜態(tài)字段的時(shí)候
  • 調(diào)用一個(gè)類(lèi)型的靜態(tài)方法的時(shí)候
• 使用java.lang.reflect包的方法對(duì)類(lèi)型進(jìn)行反射調(diào)用的時(shí)候，如果還沒(méi)被初始化，則需要先觸發(fā)其初始化。
• 當(dāng)初始化類(lèi)的時(shí)候，如果發(fā)現(xiàn)其父類(lèi)還沒(méi)進(jìn)行過(guò)初始化，則需要先觸發(fā)其父類(lèi)的初始化。
• 當(dāng)虛擬機(jī)啟動(dòng)時(shí)，用戶(hù)需要指定一個(gè)要執(zhí)行的主類(lèi)。虛擬機(jī)會(huì)先初始化這個(gè)主類(lèi)。
• jdk1.7新加入的動(dòng)態(tài)語(yǔ)言支持時(shí)。
• 當(dāng)一個(gè)接口中定義了jdk8新加入的默認(rèn)方法時(shí)。

? 這六種場(chǎng)景的行為稱(chēng)為對(duì)一個(gè)類(lèi)型進(jìn)行主動(dòng)引用。除此之外，所有引用類(lèi)型的方式都不會(huì)觸發(fā)初始化，稱(chēng)為被動(dòng)引用。下面舉出被動(dòng)引用的例子

示例1：通過(guò)子類(lèi)引用父類(lèi)的靜態(tài)字段，不會(huì)導(dǎo)致子類(lèi)初始化

public class NotInitialization {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(SubClass.value);  // 只會(huì)輸出“SuperClass init”，而不會(huì)輸出“subclass init”
        SuperClass[] superClasses = new SuperClass[10];  // 不會(huì)輸出“SuperClass init”
    }
}

class SuperClass {
    static {
        System.out.println("SuperClass init");
    }
    public static int value = 123;
}

class SubClass extends SuperClass {
    static {
        System.out.println("SubClass init!");
    }
}

示例2：常量在編譯階段會(huì)存入調(diào)用類(lèi)的常量池中，本質(zhì)上沒(méi)有直接引用到定義常量的類(lèi)，因此不會(huì)觸發(fā)定義常量的初始化

public class NotInitialization {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(ConstClass.HELLOWORLD);  // 不會(huì)輸出“ConstClass init!”，因?yàn)槌Ａ恐苯哟鎯?chǔ)到常量池中。
    }
}
class ConstClass {
    static {
        System.out.println("ConstClass init!");
    }

    public static final String HELLOWORLD = "hello world";
}

class Test {
    static {
        i = 0;
    }
    static int i = 1;
}

3 類(lèi)的加載過(guò)程

3.1 加載

? 在加載階段，虛擬機(jī)需要完成以下三件事情：

通過(guò)一個(gè)類(lèi)的全限定名來(lái)獲取定義此類(lèi)的二進(jìn)制字節(jié)流。將這個(gè)字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在內(nèi)存中生成一個(gè)代表這個(gè)類(lèi)的java.lang.Class對(duì)象，作為方法區(qū)這個(gè)類(lèi)的的各種數(shù)據(jù)的訪問(wèn)入口。

3.2 驗(yàn)證

? 驗(yàn)證是連接階段的第一步，這一階段的目的是確保Class文件的字節(jié)流中包含的信息符合《Java虛擬機(jī)規(guī)范》的約束要求，保證這些信息不會(huì)危害虛擬機(jī)自身。

3.3 準(zhǔn)備

? 準(zhǔn)備階段是正式為類(lèi)中定義的變量（即靜態(tài)變量，被static修飾的變量）分配內(nèi)存并設(shè)置類(lèi)變量初始值的階段。

3.4 解析

? 解析階段是將常量池內(nèi)的符號(hào)引用替換為直接引用的過(guò)程。

3.5 初始化

? 初始化是類(lèi)加載過(guò)程的最后一個(gè)階段，直到初始化階段，Java虛擬機(jī)才真正開(kāi)始執(zhí)行類(lèi)中編寫(xiě)的Java程序代碼，將主導(dǎo)權(quán)移交給應(yīng)用程序。初始化階段就是執(zhí)行類(lèi)構(gòu)造器的()方法的過(guò)程。

• ()方法與類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)不同，它不需要顯示地調(diào)用父類(lèi)構(gòu)造器，Java虛擬機(jī)會(huì)保證在子類(lèi)的()方法執(zhí)行前，父類(lèi)的()方法已經(jīng)執(zhí)行完畢。因此在Java虛擬機(jī)中第一個(gè)被執(zhí)行的()方法肯定是Object。
• 由于父類(lèi)的()方法先執(zhí)行，也就意味著父類(lèi)中定義的靜態(tài)語(yǔ)句塊要優(yōu)先于子類(lèi)的變量賦值操作，如下代碼：字段值將會(huì)是2而不是1。

public static void main(String[] args) {
    System.out.println(Sub.B);
}

static class Parent {
    public static int A = 1;
    static {
        A = 2;
    }
}

static class Sub extends Parent {
    public static int B = A;
}

4 類(lèi)加載器

? 類(lèi)加載器用于實(shí)現(xiàn)類(lèi)的加載動(dòng)作，JVM中內(nèi)置了三個(gè)重要的ClassLoader，除了BootstrapClassLoader其他類(lèi)加載器均由Java實(shí)現(xiàn)且全部繼承自java.lang.ClassLoader：

• BootstrapClassLoader（啟動(dòng)類(lèi)加載器）：最頂層的加載類(lèi)，負(fù)責(zé)加載%JAVA_HOME%/lib目錄下的jar包和類(lèi)或者被-X:bootclasspathc參數(shù)指定的路徑下的所有類(lèi)。
• Extension Class Loader（擴(kuò)展類(lèi)加載器）：主要負(fù)責(zé)加載<JAVA_HOME>\lib\ext目錄中的所有類(lèi)庫(kù)。
• AppClassLoader（應(yīng)用程序類(lèi)加載器）：面向我們用戶(hù)的加載器，負(fù)責(zé)加載當(dāng)前應(yīng)用的classpath中的所有jar包和類(lèi)。

4.1 雙親委派模型

? 如上圖：雙親委派模型的工作流程是如果一個(gè)類(lèi)加載器收到了類(lèi)加載的請(qǐng)求，它首先不會(huì)自己去嘗試加載這個(gè)類(lèi)，而是把這個(gè)請(qǐng)求委派給父類(lèi)加載器去完成，每一個(gè)層次的類(lèi)加載器都是如此，因此所有的加載請(qǐng)求最終都應(yīng)該傳送到最頂層的啟動(dòng)類(lèi)加載器中，只有當(dāng)父加載器反饋?zhàn)约簾o(wú)法完成這個(gè)加載請(qǐng)求時(shí)，子加載器才會(huì)嘗試自己去完成加載。

好處

Java中的類(lèi)隨著它的類(lèi)加載器一起具備了一種帶有優(yōu)先級(jí)的層次關(guān)系。

實(shí)現(xiàn)

private final ClassLoader parent; 
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // 首先，檢查請(qǐng)求的類(lèi)是否已經(jīng)被加載過(guò)
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    if (parent != null) {//父加載器不為空，調(diào)用父加載器loadClass()方法處理
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {//父加載器為空，使用啟動(dòng)類(lèi)加載器 BootstrapClassLoader 加載
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                   //拋出異常說(shuō)明父類(lèi)加載器無(wú)法完成加載請(qǐng)求
                }
                
                if (c == null) {
                    long t1 = System.nanoTime();
                    //自己嘗試加載
                    c = findClass(name);

                    // this is the defining class loader; record the stats
                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }

4.2 破壞雙親委派模型

? 雙親委派模型主要出現(xiàn)過(guò)3次較大規(guī)模的“被破壞”的情況。具體想了解的詳看《深入理解Java虛擬機(jī)》。

到此這篇關(guān)于 jvm虛擬機(jī)類(lèi)加載機(jī)制詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān) jvm虛擬機(jī)類(lèi)加載內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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