【JVM】类加载机制：分析与验证

一、加载

• 将类的字节码载入方法区中，内部采用 C++ 的 instanceKlass 描述 java 类。它的重要 field 有：
  • _java_mirror ： java 的类镜像，例如对 String 来说，就是 String.class，作用是把 klass 暴露给 java 使用
  • _super ：父类
  • _fields ：成员变量
  • _methods ：方法
  • _constants ：常量池
  • _class_loader ：类加载器
  • _vtable ：虚方法表
  • _itable ：接口方法表
• 如果这个类还有父类没有加载，先加载父类
• 加载和链接可能是交替运行的

注意

• instanceKlass 这样的【元数据】是存储在方法区（1.8 后的元空间内），但 _java_mirror 是存储在堆中
• 可以通过前面介绍的 HSDB 工具查看

二、链接

1）验证

验证类是否符合 JVM规范，安全性检查

• 修改 Verify.java 的魔数：将 cafebabe 修改为 cafebaby

  

• 解释执行结果：类格式错误

  PS F:\software\IDEA\JavaProjects\JvmTest\target\classes\org\example\classLoading\link> java Verify
  Error: A JNI error has occurred, please check your installation and try again
  Exception in thread "main" java.lang.ClassFormatError: Incompatible magic value 1128351301 in class file Verify
          at java.lang.ClassLoader.defineClass1(Native Method)
          ...
  

2）准备

为 static 变量分配空间，设置默认值

• JDK 7 之前：static 变量 存储于 instanceKlass 末尾
• JDK 7 开始：static 变量 存储于 _java_mirror（类.class对象） 末尾
• 注意：final 类型的 static 变量
  • 基本类型常量、字符串常量：编译阶段值就确定了，赋值操作在本阶段完成
  • 引用类型常量：赋值操作在 初始化阶段 完成

3）解析

将自己在其他类的常量池中的符号引用解析为直接引用

类A没有解析为直接引用

public class Analysis{
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //1.访问类A的静态变量（基本类型、字符串）不会导致类A的初始化（解析）
        System.out.println(A.a);
        System.in.read();
    }
}
class A{
    final static int a=1;
    static int b=1;
    static {
        System.out.println("init");
    }
}

1. 运行程序

2. 执行命令行命令，查看当前进程id

   PS F:\software\IDEA\JavaProjects\JvmTest> jps
   13816 Analysis
   ...
   

3. 进入 jdk 安装目录，执行命令打开 HSDB工具

   F:\software\Java\jdk1.8.0_333>java -cp ./lib/sa-jdi.jar sun.jvm.hotspot.HSDB
   

4. 将 HSDB工具 链接到当前进程

   

5. 找到 Analysis 类的常量池，查看类A的引用

类A解析为直接引用

public class Analysis{
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //2.访问类变量导致初始化
        System.out.println(A.b);
        System.in.read();
    }
}
class A{
    final static int a=1;
    static int b=1;
    static {
        System.out.println("init");
    }
}

1. 运行程序

2. 执行命令行命令，查看当前进程id

   PS F:\software\IDEA\JavaProjects\JvmTest> jps
   4768 Analysis
   ...
   

3. 进入 jdk 安装目录，执行命令打开 HSDB工具

   F:\software\Java\jdk1.8.0_333>java -cp ./lib/sa-jdi.jar sun.jvm.hotspot.HSDB
   

4. 将 HSDB工具 链接到当前进程

   

5. 找到 Analysis 类的常量池，查看类A的引用

   

三、初始化

1）()V 方法

初始化即调用 ()V ，虚拟机会保证 ()V 的线程安全

2）发生的时机

导致类初始化的情况：

• main 方法所在的类
• new
• 首次访问类的 静态变量、静态方法
• 子类初始化，如果父类还没初始化
• Class.forName(String)

不会导致类初始化的情况 ：

• 类加载器的 loadClass 方法 ：加载阶段
• Class.forName(String,false) ：加载阶段
• 创建该类的数组不会触发初始化 ：加载阶段
• 访问 类.class ：加载阶段
• 访问类的 静态常量(基本类型和字符串) ：链接-准备阶段

验证：导致类初始化的情况

public class Init {
    static {
        //1.main方法所在类。首先被初始化
        System.out.println("1.init：main方法所在类");
    }
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        //2.new
        A newTest=new A();
        //3.子类初始化
        //4.访问类的 静态变量、静态方法
        int a=B.b;
        //5.Class.forName(String)
        Class.forName("org.example.classLoading.link.D");
    }
}
class A{
    static {
        System.out.println("2.init：new的类");
    }
}
class B extends C{
    static int b=1;
    static {
        System.out.println("4.init：访问类的静态变量、静态方法");
    }
}
class C{
    static {
        System.out.println("3.init：子类初始化");
    }
}
class D{
    static {
        System.out.println("5.init：Class.forName(String)");
    }
}

1.init：main方法所在类
2.init：new的类
3.init：子类初始化
4.init：访问类的静态变量、静态方法
5.init：Class.forName(String)

验证：不会导致类初始化的情况

public class Init {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        ClassLoader classLoader = Init.class.getClassLoader();
        //1.类加载器的 loadClass 方法 ：加载阶段
        classLoader.loadClass("org.example.classLoading.link.A");
        //2.Class.forName(String,false) ：加载阶段
        Class.forName("org.example.classLoading.link.A",false,classLoader);
        //3.创建该类的数组不会触发初始化 ：加载阶段
        A[] arr=new A[2];
        //4.访问 类.class ：加载阶段
        Class<A> clazz = A.class;
        //5.访问类的 静态常量(基本类型和字符串) ：链接-准备阶段
        int a=A.a;
    }
}
class A{
    static final int a=1;
    static {
        System.out.println("init A");
    }
}

Process finished with exit code 0