虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存,并对数据进行校验、转换解析和初始化,最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型,这就是虚拟机的类加载机制。
在Java语言里面,类型的加载。连接和初始化过程都是在程序运行期间完成的。
类被加载到虚拟机内存中开始,到卸载为止,整个生命周期包括:加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载7个阶段。
加载、验证、准备、初始化和卸载这5个阶段的顺序是确定的,类的加载过程必须按照这种顺序按部就班地开始,而解析阶段则不一定:它在某些情况下可以再初始化阶段之后再开始,这个是为了支持Java语言运行时绑定(也成为动态绑定或晚期绑定)
虚拟机规范规定有且只有5种情况必须立即对类进行初始化(而加载、验证、准备自然需要在此之前完成):
前面的五种方式是对一个类的主动引用,除此之外,所有引用类的方法都不会触发初始化,叫做被动引用。举几个例子~
被动引用:
public class SuperClass {
static {
System.out.println("SuperClass init!");
}
public static int value = 1127;
}
public class SubClass extends SuperClass {
static {
System.out.println("SubClass init!");
}
}
public class ConstClass {
static {
System.out.println("ConstClass init!");
}
public static final String HELLOWORLD = "hello world!"
}
public class NotInitialization {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(SubClass.value);
/**
* output : SuperClass init!
* 通过子类引用父类的静态对象不会导致子类的初始化
* 只有直接定义这个字段的类才会被初始化
*/
SuperClass[] sca = new SuperClass[10];
/**
* output :
*
* 通过数组定义来引用类不会触发此类的初始化
* 虚拟机在运行时动态创建了一个数组类
*/
System.out.println(ConstClass.HELLOWORLD);
/**
* output :
* 常量在编译阶段会存入调用类的常量池当中,本质上并没有直接引用到定义类常量的类,
* 因此不会触发定义常量的类的初始化。
* “hello world” 在编译期常量传播优化时已经存储到 NotInitialization 常量池中了。
*/
}
}
接口的初始化:
怎么获取二进制字节流?
数组类本身不通过类加载器创建,它是由Java虚拟机直接创建的。
数组类的创建过程遵循以下规则:
验证阶段会完成下面4个阶段的检验动作:文件格式验证,元数据验证,字节码验证,符号引用验证。
第一阶段要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。
这一阶段可能包括:
这个阶段的验证时基于二进制字节流进行的,只有通过类这个阶段的验证后,字节流才会进入内存的方法区进行存储,所以后面的3个验证阶段全部是基于方法区的存储结构进行的,不会再直接操作字节流。
第二阶段的主要目的是对类元数据信息进行语义校验,保证不存在不符合Java语言规范的元数据信息。
这一阶段可能包括:
第三阶段是整个验证过程中最复杂的一个阶段,主要目的似乎通过数据流和控制流分析,确定程序语言是合法的、符合逻辑的。在第二阶段对元数据信息中的数据类型做完校验后,这个阶段将对类的方法体进行校验分析,保证被校验类的方法在运行时不会做出危害虚拟机安全的事件。
这一阶段可能包括:
发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候,这个转化动作将在连接的第三阶段——解析阶段中发生。
这一阶段可能包括:
对于虚拟机的类加载机制来说,验证阶段是非常重要的,但是不一定必要(因为对程序运行期没有影响)的阶段。如果全部代码都已经被反复使用和验证过,那么在实施阶段就可以考虑使用Xverify:none参数来关闭大部分的类验证措施,以缩短虚拟机类加载的时间。
准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段,这些变量都在方法区中进行分配。这个时候进行内存分配的仅包括类变量(被static修饰的变量),而不包括实例变量,实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在Java堆中。其次,这里说的初始值通常下是数据类型的零值。
假设 public static int value = 123;
那变量value在准备阶段过后的初始值为0而不是123,因为这时候尚未开始执行任何Java方法,而把value赋值为123的putstatic指令是程序被编译后,存放于类构造器()方法之中,所以把value赋值为123的动作将在初始化阶段才会执行,但是如果使用final修饰,则在这个阶段其初始值设置为123。
解析阶段是虚拟机将常量池内符号引用替换为直接引用的过程。
类的初始化阶段是类加载过程的最后一步,前面的类加载过程中,除了在加载阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器参与之外,其余动作完全由虚拟机主导和控制。到了初始化阶段,才正真开始执行类中定义的Java程序代码(或者说是字节码)
只存在两种不同的类加载器:启动类加载器(Bootstrap ClassLoader),使用C++实现,是虚拟机自身的一部分。另一种是所有其他的类加载器,使用JAVA实现,独立于JVM,并且全部继承自抽象类java.lang.ClassLoade。
这张图表示类加载器的双亲委派模型(Parents Delegation model) 双亲委派模型要求除了顶层的启动加载类外,
其余的类加载器都应当有自己的父类加载器。
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这个类,而是把这个请求委派给父类加载器去完成,每一个层次的类加载器都是如此,因此所有的加载请求最终都是应该传送到顶层的启动类加载器中,只有当父类加载器反馈自己无法完成这个加载请求(它的搜索范围中没有找到所需的类)时,子加载器才会尝试自己去加载。
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。
就是保证某个范围的类一定是被某个类加载器所加载的,这就保证在程序中同 一个类不会被不同的类加载器加载。这样做的一个主要的考量,就是从安全层面上,杜绝通过使用和JRE相同的类名冒充现有JRE的类达到替换的攻击方式。
keyword:线程上下文加载器(Thread Context ClassLoader)