Class 加载链接、初始化、实例化

本文主要描述了Dalvik虚拟机中 Class 从加载到实例化过程。文中不贴代码，因为代码处理有些繁琐。将代码的操作过程全部抽象成图，理解起来更加直观。

1 Odex文件布局

• Java层创建ClassLoad并加载一个DexFile，Native层返回DexOrJar对象指针，表示 map 映射后的DexFile
• DexFile对象中保存了map 后的 Odex 文件索引信息，在解析odex文件中 Class 时候需通过该对象来获取 Class 的具体信息

odex文件格式.png

2 类加载、链接、初始化

• 加载：dalvik虚拟机分配ClassObject结构体表示一个成功加载的类，并从OdexFile中解析 Class 的相关信息：接口，方法，成员变量，静态成员等。
• 链接：根据加载阶段获取到的类的成员信息进行链接操作，包括递归加载父类，实现的接口，并创建虚函数表，接口函数访问表，并调整实例成员的布局（为了对齐，紧凑），计算实例的大小。
• 初始化：初始化推迟到实例对象或者第一次使用类的静态成员才进行，包括验证类，优化方法，递归初始化父类，初始化静态成员变量，执行静态代码块等操作。

类实例化过程各个.png

如上图“橙色”框表示了类在加载–>初始化的各个状态。要真正实例化一个类对象，该类的状态必须已经完成 load, link, init三个阶段，也即处于“CLASS_INITIALIZED"状态，该状态字段保存于ClassObject中。

2.1 类加载、链接

ClassObject在Load，Link完成工作如下图表示：

• 创建虚函数表vtable，上部分继承自父类。当有覆盖方法时，直接将Method指针指向当前类的Method对象即可；
• 非实例方法由directMethods数组表示；
• Iftable表示所有接口入口，每个接口对应的方法都在ifvPool数组中连续表示。ifvPool中保存的是vtable数组的索引。因此，方法通过ifvPool间接映射到Method中；
• super保存父类指针；
• interface保存接口指针；
• sfields[]中保存静态成员变量的信息，在Load阶段获取，并且分配好空间，在init阶段初始化；
• objectSize是真正实例一个对象，在dalvik堆中的大小，包括继承自父类的大小，4字节对齐；
• status 保存了该类处于的状态。

链接_初始化.png

2.2 类初始化

类初始化（init）主要由2个阶段完成：

2.2.1 阶段一

在init阶段，虚拟机首先对类进行检查,主要是对类方法所有指令，包括参数，返回值，方法体。
（1）方法参数检查
参数中如果是类类型，则会检查类是否已经初始化，否则触发ClassLoad流程，加载并出示该类。如果加载失败，则用Object代替。如果连Object类（虚拟机启动阶段加载）都找不到，那直接报错返回，类初始化失败。
（2）方法指令检查
实例化、用类静态成员指令（如：new-instance, sget, sput, invoke-static），类型转换（check-cast），类型判断（instancd-of）指令。虚拟机判断类是否已经初始化该类，否则触发ClassLoad加载并初始化该类。另外，如果加载类失败，虚拟机会将对应指令替换为OP_THOROW_VERIFICATION_ERROR指令，当虚拟机真正执行到这条指令时，即抛找不到类的异常；
（3）返回指令检查
即返回指令（return-object)，若检查到返回的类没有初始化，则触发ClassLoad加载该类。失败的话，则用类Object替换。
在完成所有指令的检查后，虚拟机还会针对一些访问volitile， final修饰成员的指令进行优化，主要是替换成虚拟机内部的指令，提高性能。
检查父类是否已经正常初始化，否则递归初始化父类。
最后，初始化静态域，执行静态代码块，完成类的初始化。到这个阶段，就可以开始使用这个类了，如其静态成员，实例化对象。引起类初始化4条典型指令：

• 反射机制newInstance；
• new关键字；
• 首次引用类静态变量，sget/sput；
• 首次引用类静态方法，invoke-static；
  虚拟机在执行到上面4条指令，都会先判断类是否已经初始化，否则会触发类的加载初始化，失败则抛ClassNotFound的异常。newInstance，new贴一张图说明，反射机制流程请参考本文前面。

类实例化.png

2.2.2 阶段二

找到类的初始化方法“”由 静态域初始化操作，静态代码块组成，然后执行"”初始化方法，对类的静态域进行初始化。

2.2.3 “阶段一”不是必须的

类始化过程中的“阶段二”是必须的，但阶段一需要试情况而定。
分2种情况来看待。加载dex文件时，会进行opt操作，其中一个dvmVerifyClass()的操作，该操作主要针对dex中每个类中引用的类是否在同一个dex文件中进行检查：

1. 若该类引用到了不再当前dex文件中的类，则accessFlags中不会打上CLASS_ISPREVERIFIED的标记，表示该类还没verify，在真正初始化该类时，会触发verify的操作。这种情况下，类的初始化则需经历“阶段一”，“阶段二”两个操作。
2. 若该类内部引用到的类都在当前的dex文件中，则会在odex的accessFlags中打上CLASS_ISPREVERIFIED的标记，表示该类已verify过了，在真正初始化该类时，不需要再做verify操作。类的初始化则需要“阶段二”的操作即可。

3 实例化

类的实例化主要分2个步骤：

1. 在虚拟机堆分配实例对象的空间；
2. 执行构造函数对实例成员进行初始化（编译生成的构造函数执行顺序为：父类构造最前，其次是实例变量初始化指令，最后是程序员写的构造函数代码）。

4 总结

dalvik虚拟机类加载流程可分为2个大过程：

1. 构造DexFile对象表示一个加载并且解析后的Dex文件；
2. 构造ClassObject对象表示虚拟机成功加载的类。

在实例化或引用引用类的静态成员，都有时机触发ClassLoad去加载尚未加载的类：

1. 父类，接口在加载阶段会递归加载；
2. 若该类还没verify，则 类的“方法参数”、“方法体中”、“返回值” 引用到的类都会在当前类初始化阶段加载（实例变量在构造方法中、静态成员在方法中）；
3. 初始化阶段会递归先初始化父类。

类在虚拟机内有9个生命期状态，主要分4个阶段：初始阶段，load，link，init。总之，在我们能够真正使用这个类的时候，类的状态会必须是在：CLASS_INITIALIZED状态，表示这个类已经初始化完成了。

类状态.png