JVM学习笔记（二）

一.JVM与程序的生命周期

Java虚拟机结束生命周期：

①执行了System.exit()方法。

②程序正常执行结束。

③程序在执行过程遇到异常或错误而异常终止。

④由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止。

二.类的加载过程

1.类的加载、连接与初始化

类的加载、连接和初始化

①加载：

       查找并加载类的二进制数据。将字节码文件中二进制数据读入到内存中，把其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区创建一个java.lang.Class对象，用来封装在方法区内的数据结构。

      加载字节码文件方式，从本地系统中直接加载，从网络下载字节码文件，从zip、jar等归档文件中加载字节码文件，从专有数据库中提取字节码文件，将java源文件动态编译为.class文件。

类的加载

      类的加载的最终产品是位于堆区中的Class对象，Class对象封装了类的方法区内的数据结构，并且向Java程序员提供方法区内的数据结构的接口。

      类加载器的两种类型，java虚拟机自带的加载器（根类加载器、扩展类加载器、系统类加载器），用户自定义的类加载器（java.lang.ClassLoader的子类、用户可以定制类的加载方式）。

      类加载器并不需要等到某个类被“首次主动使用”时再加载它。

      JVM规范允许类加载器在预料某个类将要被使用时就预先加载它，如果在预先加载的过程中遇到了.class文件缺失或存在错误，类加载器必须在程序首次主动使用该类时才报告错误（LinkageError错误），如果这个类一直没有被程序主动使用，那么类加载器就不会报告错误。

②连接

类被加载后，就进入连接阶段。连接就是将已经读入到内存的类的二进制数据合并到虚拟机的运行时环境中去。

       验证：确保被加载的类的正确性。验证的内容包括类文件的结构检查，语义检查，字节码验证，二进制兼容性的验证。

            -类文件的结构检查：确保类文件遵从Java类文件的固定格式。

            -语义检查：确保类本身符合Java语言的语法规定，比如验证final类型的类没有子类，以及final类型的方法没有被覆盖。

            -字节码验证：确保字节码流可以被Java虚拟机安全的执行。字节码流代表Java方法（包括静态方法和实例方法），它是由被称做操作码的单字节指令组成的序列，每一个操作码后都跟着一个或多个操作数。字节码验证步骤检查每个操作码是否合法，即是否有着合法的操作数。

            -二进制兼容的验证：确保相互的类之间协调一致。例如在Worker类的gotoWork()方法中会调用Car类的run()方法。Java虚拟机在验证Worker类时，会检查在方法区内是否存在Car类的run()方法，假如不存在（当Worker类和Car类的版本不兼容，就会出现这种问题），就会抛出NosuchMethodError错误。

       准备：为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值。

在准备阶段，Java虚拟机为类的静态变量分配内存，并设置默认的初始值。例如对于以下Sample类，在准备阶段，将int类型的静态变量a分配4个字节的内存空间，并且赋予默认值0，为long类型的静态变量b分配8个字节的内存空间，并且默认值0。

Sample类

       解析：把类中的符号引用转换为直接引用。

在解析阶段，Java虚拟机会把类的二进制数据中的符号引用替换为直接引用。例如在Worker类的gotoWork()方法中会引用Car类的run()方法。

连接中的解析

在Worker类的二进制数据中，包含了一个对Car类的run()方法的符号引用，它由run()方法的全名和相关描述符组成。在解析阶段，Java虚拟机会把这个符号引用替换为一个指针，该指针指向Car类的run()方法在方法区内的内存位置，这个指针就是直接引用。

③初始化：为类的静态变量赋予正确的初始值。

在初始化阶段，Java虚拟机执行类的初始化语句，为类的静态变量赋予初始值。在程序中，静态变量的初始化有两种途径：（1）在静态变量的声明处进行初始化；（2）在静态代码块中进行初始化。例如在以下代码中，静态变量a和b都被显示初始化，而静态变量c没有被明显初始化，它将保持默认值0。

Sample类

静态变量的声明语句，以及静态代码块都被看做类的初始化语句，Java虚拟机会按照初始化语句在类文件中的先后顺序来依次执行它们。例如当以下Sample类被初始化后，它的静态变量a的取值为4。

Sample类

类初始化步骤：

-假如这个类还没有被加载和连接，那就先进行加载和连接。

-假如类存在直接的父类，并且这个父类还没有被初始化，那就先初始化直接的父类。

-假如类中存在初始化语句，那就依次执行这些初始化语句。

类ExtendsDemo2

ExtendsDemo2运行结果

当Java虚拟机初始化一个类时，要求它的所有父类都已经被初始化，但是这条规则并不适用于接口。在初始化一个类时，并不会先初始化它所实现的接口；在初始化一个接口时，并不会先初始化它的父接口。因此，一个父接口并不会因为它的子接口或者实现类的初始化而初始化。只有当程序首次使用特定接口的静态变量时，才会导致接口的初始化。

只有当程序访问的静态变量或静态方法确实在当前类或当前接口中定义时，才可以认为是对类或接口的主动使用。调用ClassLoader类的loadClass方法加载一个类，并不是对类的主动使用，不会导致类的初始化。

2.Java程序对类的使用方式可分为两种

①主动使用（六种）

-创建类的实例

-访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值

-调用类的静态方法

-反射（如Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")）

-初始化一个类的子类

-Java虚拟机启动时被标明为启动的类（就是含有main方法，程序入口的类）

②被动使用：除了以上6种主动使用外，其他都是被动使用，都不会导致类的初始化。

注意：所有的Java虚拟机实现必须在每个类或接口被Java程序“首次主动使用”时才初始化它们。