1 类的生命周期
包括以下 7 个阶段:
其中解析过程在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始,这是为了支持 Java 的动态绑定。
虚拟机规范中并没有强制约束何时进行加载,但是规范严格规定了有且只有下列五种情况必须对类进行初始化(加载、验证、准备都会随着发生):
遇到 new、getstatic、putstatic、invokestatic 这四条字节码指令时,如果类没有进行过初始化,则必须先触发其初始化。最常见的生成这 4 条指令的场景是:使用 new 关键字实例化对象的时候;读取或设置一个类的静态字段(被 final 修饰、已在编译器把结果放入常量池的静态字段除外)的时候;以及调用一个类的静态方法的时候。
使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用的时候,如果类没有进行初始化,则需要先触发其初始化。
当初始化一个类的时候,如果发现其父类还没有进行过初始化,则需要先触发其父类的初始化。
当虚拟机启动时,用户需要指定一个要执行的主类(包含 main() 方法的那个类),虚拟机会先初始化这个主类;
当使用 JDK.7 的动态语言支持时,如果一个 java.lang.invoke.MethodHandle 实例最后的解析结果为 REF_getStatic, REF_putStatic, REF_invokeStatic 的方法句柄,并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化;
以上 5 种场景中的行为称为对一个类进行主动引用。除此之外,所有引用类的方式都不会触发初始化,称为被动引用。被动引用的常见例子包括:
System.out.println(SubClass.value); // value 字段在 SuperClass 中定义
SuperClass[] sca = new SuperClass[10];
System.out.println(ConstClass.HELLOWORLD);
包含了加载、验证、准备、解析和初始化这 5 个阶段。
加载是类加载的一个阶段,注意不要混淆。
加载过程完成以下三件事:
其中二进制字节流可以从以下方式中获取:
确保 Class 文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求,并且不会危害虚拟机自身的安全。
主要有以下 4 个阶段:
1. 文件格式验证
验证字节流是否符合 Class 文件格式的规范,并且能被当前版本的虚拟机处理。
2. 元数据验证
对字节码描述的信息进行语义分析,以保证其描述的信息符合 Java 语言规范的要求。
3. 字节码验证
通过数据流和控制流分析,确保程序语义是合法、符合逻辑的。
4. 符号引用验证
发生在虚拟机将符号引用转换为直接引用的时候,对类自身以外(常量池中的各种符号引用)的信息进行匹配性校验。
类变量是被 static 修饰的变量,准备阶段为类变量分配内存并设置初始值,使用的是方法区的内存。
实例变量不会在这阶段分配内存,它将会在对象实例化时随着对象一起分配在 Java 堆中。
初始值一般为 0 值,例如下面的类变量 value 被初始化为 0 而不是 123。
public static int value = 123;
如果类变量是常量,那么会按照表达式来进行初始化,而不是赋值为 0。
public static final int value = 123;
将常量池的符号引用替换为直接引用的过程。
初始化阶段才真正开始执行类中的定义的 Java 程序代码。初始化阶段即虚拟机执行类构造器
在准备阶段,类变量已经赋过一次系统要求的初始值,而在初始化阶段,根据程序员通过程序制定的主观计划去初始化类变量和其它资源。
public class Test {
static {
i = 0; // 给变量赋值可以正常编译通过
System.out.print(i); // 这句编译器会提示“非法向前引用”
}
static int i = 1;
}
与类的构造函数(或者说实例构造器
由于父类的
static class Parent {
public static int A = 1;
static {
A = 2;
}
}
static class Sub extends Parent {
public static int B = A;
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println(Sub.B); // 输出结果是父类中的静态变量 A 的值 ,也就是 2。
}
接口中不可以使用静态语句块,但仍然有类变量初始化的赋值操作,因此接口与类一样都会生成
虚拟机会保证一个类的
虚拟机设计团队把类加载阶段中的“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流 ( 即字节码 )”这个动作放到 Java 虚拟机外部去实现,以便让应用程序自己决定如何去获取所需要的类。实现这个动作的代码模块称为“类加载器”。
对于任意一个类,都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在 Java 虚拟机中的唯一性,每一个类加载器,都拥有一个独立的类名称空间。通俗而言:比较两个类是否“相等”(这里所指的“相等”,包括类的 Class 对象的 equals() 方法、isAssignableFrom() 方法、isInstance() 方法的返回结果,也包括使用 instanceof() 关键字做对象所属关系判定等情况),只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义,否则,即使这两个类来源于同一个 Class 文件,被同一个虚拟机加载,只要加载它们的类加载器不同,那这两个类就必定不相等。
从 Java 虚拟机的角度来讲,只存在以下两种不同的类加载器:
一种是启动类加载器(Bootstrap ClassLoader),这个类加载器用 C++ 实现,是虚拟机自身的一部分;另一种就是所有其他类的加载器,这些类由 Java 实现,独立于虚拟机外部,并且全都继承自抽象类 java.lang.ClassLoader。
从 Java 开发人员的角度看,类加载器可以划分得更细致一些:
启动类加载器(Bootstrap ClassLoader) 此类加载器负责将存放在
扩展类加载器(Extension ClassLoader) 这个类加载器是由 ExtClassLoader(sun.misc.Launcher$ExtClassLoader)实现的。它负责将
应用程序类加载器(Application ClassLoader) 这个类加载器是由 AppClassLoader(sun.misc.Launcher$AppClassLoader)实现的。由于这个类加载器是 ClassLoader 中的 getSystemClassLoader() 方法的返回值,因此一般称为系统类加载器。它负责加载用户类路径(ClassPath)上所指定的类库,开发者可以直接使用这个类加载器,如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器,一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。
应用程序都是由三种类加载器相互配合进行加载的,如果有必要,还可以加入自己定义的类加载器。下图展示的类加载器之间的层次关系,称为类加载器的双亲委派模型(Parents Delegation Model)。该模型要求除了顶层的启动类加载器外,其余的类加载器都应有自己的父类加载器,这里类加载器之间的父子关系一般通过组合(Composition)关系来实现,而不是通过继承(Inheritance)的关系实现。
工作过程
如果一个类加载器收到了类加载的请求,它首先不会自己去尝试加载,而是把这个请求委派给父类加载器,每一个层次的加载器都是如此,依次递归。因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中,只有当父加载器反馈自己无法完成此加载请求(它搜索范围中没有找到所需类)时,子加载器才会尝试自己加载。
好处
使用双亲委派模型来组织类加载器之间的关系,使得 Java 类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。例如类 java.lang.Object,它存放在 rt.jar 中,无论哪个类加载器要加载这个类,最终都是委派给处于模型最顶端的启动类加载器进行加载,因此 Object 类在程序的各种类加载器环境中都是同一个类。相反,如果没有双亲委派模型,由各个类加载器自行加载的话,如果用户编写了一个称为java.lang.Object 的类,并放在程序的 ClassPath 中,那系统中将会出现多个不同的 Object 类,程序将变得一片混乱。如果开发者尝试编写一个与 rt.jar 类库中已有类重名的 Java 类,将会发现可以正常编译,但是永远无法被加载运行。
实现
protected synchronized Class> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException{
//check the class has been loaded or not
Class c = findLoadedClass(name);
if(c == null) {
try{
if(parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else{
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch(ClassNotFoundException e) {
//if throws the exception , the father can not complete the load
}
if(c == null) {
c = findClass(name);
}
}
if(resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}