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分析Java類加載全過程

開發(fā) 后端
一個Java文件從被加載到被卸載這個生命過程,總共要經(jīng)歷4個階段,那么是哪4個階段呢?下面作者將詳細(xì)的給網(wǎng)友解答……

今天去涉獵了一下類的加載的過程,現(xiàn)在也總結(jié)一下:

一個java文件從被加載到被卸載這個生命過程,總共要經(jīng)歷4個階段:

加載->鏈接(驗(yàn)證+準(zhǔn)備+解析)->初始化(使用前的準(zhǔn)備)->使用->卸載

其中加載(除了自定義加載)+鏈接的過程是完全由jvm負(fù)責(zé)的,什么時(shí)候要對類進(jìn)行初始化工作(加載+鏈接在此之前已經(jīng)完成了),jvm有嚴(yán)格的規(guī)定(四種情況):

1.遇到new,getstatic,putstatic,invokestatic這4條字節(jié)碼指令時(shí),加入類還沒進(jìn)行初始化,則馬上對其進(jìn)行初始化工作。其實(shí)就是3種情況:用new實(shí)例化一個類時(shí)、讀取或者設(shè)置類的靜態(tài)字段時(shí)(不包括被final修飾的靜態(tài)字段,因?yàn)樗麄円呀?jīng)被塞進(jìn)常量池了)、以及執(zhí)行靜態(tài)方法的時(shí)候。

2.使用java.lang.reflect.*的方法對類進(jìn)行反射調(diào)用的時(shí)候,如果類還沒有進(jìn)行過初始化,馬上對其進(jìn)行。

3.初始化一個類的時(shí)候,如果他的父親還沒有被初始化,則先去初始化其父親。

4.當(dāng)jvm啟動時(shí),用戶需要指定一個要執(zhí)行的主類(包含static void main(String[] args)的那個類),則jvm會先去初始化這個類。

以上4種預(yù)處理稱為對一個類進(jìn)行主動的引用,其余的其他情況,稱為被動引用,都不會觸發(fā)類的初始化。下面也舉了些被動引用的例子:

  1. /**  
  2.  * 被動引用情景1  
  3.  * 通過子類引用父類的靜態(tài)字段,不會導(dǎo)致子類的初始化  
  4.  * @author volador  
  5.  *  
  6.  */ 
  7. class SuperClass{  
  8.     static{  
  9.         System.out.println("super class init.");  
  10.     }  
  11.     public static int value=123;  
  12. }  
  13.  
  14. class SubClass extends SuperClass{  
  15.     static{  
  16.         System.out.println("sub class init.");  
  17.     }  
  18. }  
  19.  
  20. public class test{  
  21.     public static void main(String[]args){  
  22.         System.out.println(SubClass.value);  
  23.     }  
  24.       

輸出結(jié)果是:super class init。

  1. /**  
  2.  * 被動引用情景2  
  3.  * 通過數(shù)組引用來引用類,不會觸發(fā)此類的初始化  
  4.  * @author volador  
  5.  *  
  6.  */ 
  7. public class test{  
  8.     public static void main(String[] args){  
  9.         SuperClass s_list=new SuperClass[10];  
  10.     }  

輸出結(jié)果:沒輸出

  1. /**  
  2.  * 被動引用情景3  
  3.  * 常量在編譯階段會被存入調(diào)用類的常量池中,本質(zhì)上并沒有引用到定義常量類類,所以自然不會觸發(fā)定義常量的類的初始化  
  4.  * @author root  
  5.  *  
  6.  */ 
  7. class ConstClass{  
  8.     static{  
  9.         System.out.println("ConstClass init.");  
  10.     }  
  11.     public final static String value="hello";  
  12. }  
  13.  
  14. public class test{  
  15.     public static void main(String[] args){  
  16.         System.out.println(ConstClass.value);  
  17.     }  

輸出結(jié)果:hello(tip:在編譯的時(shí)候,ConstClass.value已經(jīng)被轉(zhuǎn)變成hello常量放進(jìn)test類的常量池里面了)

以上是針對類的初始化,接口也要初始化,接口的初始化跟類的初始化有點(diǎn)不同:

上面的代碼都是用static{}來輸出初始化信息的,接口沒法做到,但接口初始化的時(shí)候編譯器仍然會給接口生成一個<clinit>()的類構(gòu)造器,用來初始化接口中的成員變量,這點(diǎn)在類的初始化上也有做到。真正不同的地方在于第三點(diǎn),類的初始化執(zhí)行之前要求父類全部都初始化完成了,但接口的初始化貌似對父接口的初始化不怎么感冒,也就是說,子接口初始化的時(shí)候并不要求其父接口也完成初始化,只有在真正使用到父接口的時(shí)候它才會被初始化(比如引用接口上的常量的時(shí)候啦)。

下面分解一下一個類的加載全過程:加載->驗(yàn)證->準(zhǔn)備->解析->初始化

首先是加載:

這一塊虛擬機(jī)要完成3件事:

1.通過一個類的全限定名來獲取定義此類的二進(jìn)制字節(jié)流。

2.將這個字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲結(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)。

3.在java堆中生成一個代表這個類的java.lang.Class對象,作為方法區(qū)這些數(shù)據(jù)的訪問入口。

關(guān)于***點(diǎn),很靈活,很多技術(shù)都是在這里切入,因?yàn)樗]有限定二進(jìn)制流從哪里來:

從class文件來->一般的文件加載

從zip包中來->加載jar中的類

從網(wǎng)絡(luò)中來->Applet

..........

相比與加載過程的其他幾個階段,加載階段可控性***,因?yàn)轭惖募虞d器可以用系統(tǒng)的,也可以用自己寫的,程序猿可以用自己的方式寫加載器來控制字節(jié)流的獲取。

獲取二進(jìn)制流獲取完成后會按照jvm所需的方式保存在方法區(qū)中,同時(shí)會在java堆中實(shí)例化一個java.lang.Class對象與堆中的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來。

加載完成后就要開始對那些字節(jié)流進(jìn)行檢驗(yàn)了(其實(shí)很多步驟是跟上面交叉進(jìn)行的,比如文件格式驗(yàn)證):

檢驗(yàn)的目的:確保class文件的字節(jié)流信息符合jvm的口味,不會讓jvm感到不舒服。假如class文件是由純粹的java代碼編譯過來的,自然不會出現(xiàn)類似于數(shù)組越界、跳轉(zhuǎn)到不存在的代碼塊等不健康的問題,因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)這種現(xiàn)象,編譯器就會拒絕編譯了。但是,跟之前說的一樣,Class文件流不一定是從java源碼編譯過來的,也可能是從網(wǎng)絡(luò)或者其他地方過來的,甚至你可以自己用16進(jìn)制寫,假如jvm不對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)的話,可能一些有害的字節(jié)流會讓jvm完全崩潰。

檢驗(yàn)主要經(jīng)歷幾個步驟:文件格式驗(yàn)證->元數(shù)據(jù)驗(yàn)證->字節(jié)碼驗(yàn)證->符號引用驗(yàn)證

文件格式驗(yàn)證:驗(yàn)證字節(jié)流是否符合Class文件格式的規(guī)范并 驗(yàn)證其版本是否能被當(dāng)前的jvm版本所處理。ok沒問題后,字節(jié)流就可以進(jìn)入內(nèi)存的方法區(qū)進(jìn)行保存了。后面的3個校驗(yàn)都是在方法區(qū)進(jìn)行的。

元數(shù)據(jù)驗(yàn)證:對字節(jié)碼描述的信息進(jìn)行語義化分析,保證其描述的內(nèi)容符合java語言的語法規(guī)范。

字節(jié)碼檢驗(yàn):最復(fù)雜,對方法體的內(nèi)容進(jìn)行檢驗(yàn),保證其在運(yùn)行時(shí)不會作出什么出格的事來。

符號引用驗(yàn)證:來驗(yàn)證一些引用的真實(shí)性與可行性,比如代碼里面引了其他類,這里就要去檢測一下那些來究竟是否存在;或者說代碼中訪問了其他類的一些屬性,這里就對那些屬性的可以訪問行進(jìn)行了檢驗(yàn)。(這一步將為后面的解析工作打下基礎(chǔ))

驗(yàn)證階段很重要,但也不是必要的,假如說一些代碼被反復(fù)使用并驗(yàn)證過可靠性了,實(shí)施階段就可以嘗試用-Xverify:none參數(shù)來關(guān)閉大部分的類驗(yàn)證措施,以簡短類加載時(shí)間。

接著就上面步驟完成后,就會進(jìn)入準(zhǔn)備階段了:

這階段會為類變量(指那些靜態(tài)變量)分配內(nèi)存并設(shè)置類比那輛初始值的階段,這些內(nèi)存在方法區(qū)中進(jìn)行分配。這里要說明一下,這一步只會給那些靜態(tài)變量設(shè)置一個初始的值,而那些實(shí)例變量是在實(shí)例化對象時(shí)進(jìn)行分配的。這里的給類變量設(shè)初始值跟類變量的賦值有點(diǎn)不同,比如下面:

  1. public static int value=123

在這一階段,value的值將會是0,而不是123,因?yàn)檫@個時(shí)候還沒開始執(zhí)行任何java代碼,123還是不可見的,而我們所看到的把123賦值給value的putstatic指令是程序被編譯后存在于<clinit>(),所以,給value賦值為123是在初始化的時(shí)候才會執(zhí)行的。

這里也有個例外:

  1. public static final int value=123

這里在準(zhǔn)備階段value的值就會初始化為123了。這個是說,在編譯期,javac會為這個特殊的value生成一個ConstantValue屬性,并在準(zhǔn)備階段jm就會根據(jù)這個ConstantValue的值來為value賦值了。

完成上步后,就要進(jìn)行解析了。解析好像是對類的字段,方法等東西進(jìn)行轉(zhuǎn)換,具體涉及到Class文件的格式內(nèi)容,并沒深入去了解。

初始化過程是類加載過程的***一步:

在前面的類加載過程中,除了在加載階段用戶可以通過自定義類加載器參與之外,其他的動作完全有jvm主導(dǎo),到了初始化這塊,才開始真正執(zhí)行java里面的代碼。

這一步將會執(zhí)行一些預(yù)操作,注意區(qū)分在準(zhǔn)備階段,已經(jīng)為類變量執(zhí)行過一次系統(tǒng)賦值了。

其實(shí)說白了,這一步就是執(zhí)行程序的<clinit>();方法的過程。下面我們來研究一下<clinit>()方法:

<clinit>()方法叫做類構(gòu)造器方法,有編譯器自動手機(jī)類中的所有類變量的賦值動作和靜態(tài)語句塊中的語句合并而成的,置于他們的順序與在源文件中排列的一樣。

<clinit>();方法與類構(gòu)造方法不一樣,他不需要顯示得調(diào)用父類的<clinit>();方法,虛擬機(jī)會保證子類的<clinit>();方法在執(zhí)行前父類的這個方法已經(jīng)執(zhí)行完畢了,也就是說,虛擬機(jī)中***個被執(zhí)行的<clinit>();方法肯定是java.lang.Object類的。

下面來個例子說明一下:

  1. static class Parent{  
  2.     public static int A=1;  
  3.     static{  
  4.         A=2;  
  5.     }  
  6. }  
  7. static class Sub extends Parent{  
  8.     public static int B=A;  
  9. }  
  10. public static void main(String[] args){  
  11.     System.out.println(Sub.B);  

首先Sub.B中對靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行了引用,Sub類要進(jìn)行初始化了。同時(shí),其父類Parent要先進(jìn)行初始化動作。Parent初始化后,A=2,所以B=2;上個過程相當(dāng)于:

  1. static class Parent{  
  2.     <clinit>(){  
  3.         public static int A=1;  
  4.         static{  
  5.             A=2;  
  6.         }  
  7.     }  
  8. }  
  9. static class Sub extends Parent{  
  10.     <clinit>(){  //jvm會先讓父類的該方法執(zhí)行完在執(zhí)行這里  
  11.     public static int B=A;  
  12.     }  
  13. }  
  14. public static void main(String[] args){  
  15.     System.out.println(Sub.B);  

<clinit>();方法對類跟接口來說不是必須的,加入類或者接口中沒有對類變量進(jìn)行賦值且沒有靜態(tài)代碼塊,<clinit>()方法就不會被編譯器生成。

由于接口里面不能存在static{}這種靜態(tài)代碼塊,但仍然可能存在變量初始化時(shí)的變量賦值操作,所以接口里面也會生成<clinit>()構(gòu)造器。但跟類的不同的是,執(zhí)行子接口的<clinit>();方法前并不需要執(zhí)行父接口的<clinit>();方法,當(dāng)父接口中定義的變量被使用時(shí),父接口才會被初始化。

另外,接口的實(shí)現(xiàn)類在初始化的時(shí)候也一樣不會執(zhí)行接口的<clinit>();方法。

另外,jvm會保證一個類的<clinit>();方法在多線程環(huán)境下能被正確地加鎖同步。<因?yàn)槌跏蓟粫粓?zhí)行一次>。

下面用個例子說明一下:

  1. public class DeadLoopClass {  
  2.  
  3.     static{  
  4.         if(true){  
  5.         System.out.println("要被 ["+Thread.currentThread()+"] 初始化了,下面來一個無限循環(huán)");  
  6.         while(treu){}     
  7.         }  
  8.     }  
  9.       
  10.     /**  
  11.      * @param args  
  12.      */ 
  13.     public static void main(String[] args) {  
  14.         // TODO Auto-generated method stub  
  15.         System.out.println("toplaile");  
  16.         Runnable run=new Runnable(){  
  17.  
  18.             @Override 
  19.             public void run() {  
  20.                 // TODO Auto-generated method stub  
  21.                 System.out.println("["+Thread.currentThread()+"] 要去實(shí)例化那個類了");  
  22.                 DeadLoopClass d=new DeadLoopClass();  
  23.                 System.out.println("["+Thread.currentThread()+"] 完成了那個類的初始化工作");  
  24.                   
  25.             }};  
  26.               
  27.             new Thread(run).start();  
  28.             new Thread(run).start();  
  29.     }  
  30.  

這里面,運(yùn)行的時(shí)候?qū)吹阶枞F(xiàn)象。

呼呼~先到這里。

原文鏈接:http://my.oschina.net/volador/blog/87194

責(zé)任編輯:林師授 來源: OSCHINA
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