【JVM虚拟机】类的加载，连接和初始化

jdk版本：Java HotSpot™ 64-Bit Server VM (build 25.131-b11, mixed mode)

JVM虚拟机的学习可能更偏向于理论，但是当你理解了JVM虚拟机后，你将会写出更好的代码，性能更好的代码。

今天先介绍JVM对类的处理，总共分为加载,连接,初始化，下面我们慢慢介绍

首先，我们先看java虚拟机的退出情况

java的虚拟机和程序的生命周期

在如下的情况下，java虚拟机会结束生命周期

• 执行了System.exit()方法
• 程序正常结束
• 程序在执行中遇到异常或者错误而异常终止
• 由于操作系统出现错误，导致java虚拟机退出

下面我们来详细了解下java虚拟机中类的加载过程

加载

描述：
类的加载是将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法内，然后在内存中保存一个java.lang.Class对象，用来封装类在方法区内的数据结构

可以多种类型文件：

• 从本地系统中直接加载
• 通过网络下载.class文件
• 从zip，jar等归档文件中加载.class文件
• 从数据库中提取.class文件
• 将java源代码编译成.class二进制文件

连接

• 验证 ：确保被加载类的正确性
• 准备 ：为类的静态变量分配内存，并把它初始化为默认值
  • java中一些变量有一些默认值：
    • int = 0

	//默认是把i赋值为0
	public final static int i = 0;

• 解析 ：把类中的符号引用转换成直接引用
  • 符号表示：间接引用
  • 直接引用：直接指针指向某个类的方法

初始化

把类的静态变量赋值为正确的初始值

	//默认是把i赋值为0
	public final static int i = 2;

注意：所有的JAVA虚拟机实现必须在每个类或者接口被java程序首次主动使用时才会初始化他们

使用

正常使用类 ，比如 new String();

java程序对类的使用分为2种

• 主动使用 （7种）
  • 创建类的实例

  public class Test1 {
  
      public static void main(String[] args) {
          //这里创建实例
          MyParent myParent = new MyParent();
          System.out.println(myParent);
      }
  
      public static class MyParent {}
  }
  

  • 访问某个类或者接口的静态变量 ，或者对该静态变量进行赋值 这里其实并不会去加载MyParent，这里留了个坑哦？？？，详细请看下一章

  public class Test1 {
  
      public static void main(String[] args) {
      	//调用静态变量
          System.out.println(MyParent.str);
      }
  
      public static class MyParent {
  
          public static final String str = "123";
  
          public MyParent() {
              System.out.println("myParent init");
          }
      }
  }
  

  • 调用类的静态方法
  • 反射
  • 初始化一个类的子类

  public class Test1 {
  
      public static void main(String[] args) {
          MyChild myChild = new MyChild();
      }
  
      public static class MyParent {
      
          public MyParent() {
              System.out.println("myParent init");
          }
      }
  
      public static class MyChild extends MyParent{
  
          public MyChild() {
              System.out.println("MyChild init");
          }
      }
  }
  

  • java虚拟机启动时，被标记为启动类的类 如：Java Test
  • Jdk1.7 开始提供的动态语言支持
• 被动使用
  除了主动使用，其他都是被动使用

卸载

把加载到java虚拟机中的class类删除掉

下面3种情况会导致类的卸载

• 类加载器没有被引用

• 类对象没有被引用

• 没有该类的实例对象存在

扩充：

JVM的参数介绍

-XX:+TraceClassLoading ： 配置参数，可以显示类的加载过程

-XX:+TraceClassUnloading ： 配置参数，可以显示类的卸载的过程

参数形式的解析：
-XX ：规定的
+：说明是开启的参数
-：说明是关闭的参数

助记符

1. iconst_* 基础类型(int) -1~5
   通过iconst_*指令把常量压到栈顶

指令	值
iconst_m1	-1
iconst_0	0
iconst_1	1
iconst_2	2
iconst_3	3
iconst_4	4
iconst_5	5

2. bipush 基础类型(int) -128~127
   通过bipush指令把常量压到栈顶
   

3. sipush 基础类型(int) -32768~32767
   通过sipush指令把常量压到栈顶
   

4. ldc 基础类型(int) -2147483648~2147483647
   通过ldc指令把常量压到栈顶

截图中看到，超过这个值就已经报错了

5. getstatic static关键字
   
   

加强理解

理解链接中的准备阶段和初始化阶段

首先我们先准备个例子。

public class Test2 {

    public static void main(String[] args) {
        MyParent instance = MyParent.getInstance();
        System.out.println(instance.num1);
        System.out.println(instance.num2);
    }
}

class MyParent {

    public static  int num1;

    public static  int num2 = 0;

    private static MyParent myParent = new MyParent();

    private MyParent() {
        num1++;
        num2++;
    }

    public static MyParent getInstance() {
        return myParent;
    }
}

这个就是一个跟简单的单例模式。运行后输出为

1
1

然后我们把这个例子里面的位置改变下

public class Test2 {

    public static void main(String[] args) {
        MyParent instance = MyParent.getInstance();
        System.out.println(instance.num1);
        System.out.println(instance.num2);
    }
}

class MyParent {

    public static int num1;

    private static MyParent myParent = new MyParent();

    private MyParent() {
        num1++;
        num2++;
    }
	//把num2迁移到这里
    public static int num2 = 0;

    public static MyParent getInstance() {
        return myParent;
    }

}

我们再执行，发现变成了

1
0

咦，这是为什么呢？？？？

我们根据连接中的3个步骤来看下

• 验证阶段，验证MyParent这个类是否是否能正确被加载
• 准备阶段呢？ 为类的静态变量分配内存，并且设置为默认值，问题就在这。。
  • jvm把num1 设置为了0
  • jvm把myParent 设置为了Null
  • jvm把num2 设置为了0
• 解析阶段，就是把类之间的引用关系给转换成直接引用
  到这里 连接步骤已经完成了。

连接执行完了，就开始初始化了（jvm是按照类中的静态变量的顺序进行一个个初始化的）

• 把num1设置了0，因为是默认值嘛
• 把myParent 创建实例的时候，就会调用MyParent() 构造方法
  • 在MyParent() 构造方法中
    • 把num1 和num2进行+1
  • 这个时候 num1 = 1 , num2 = 1
• 继续把num2 设置为0
  到这里，初始化的步骤以及完成了。
  所以说最后打印的结果就是num1=1,num2=0

为了验证是否是和想的一样，我们MyParent() 构造函数打印出num1和num2

 private MyParent() {
        num1++;
        num2++;
        System.out.println("myParent init "+num1);
        System.out.println("myParent init "+num2);
}

继续执行。

myParent init 1
myParent init 1
1
0

会发现在构造函数里面打印1和1。

相信看到这里，小伙伴对连接和初始化阶段已经很明白了吧。