19.3 类的加载过程（类的生命周期）详解 - 过程二：Linking（链接）阶段

过程二：Linking（链接）阶段

环节1：链接阶段之Verification（验证）

验证阶段（Verification）

当类加载到系统后，就开始链接操作，验证是链接操作的第一步。

它的目的是保证加载的字节码是合法、合理并符合规范的。

验证的步骤比较复杂，实际要验证的项目也很繁多，大体上Java虚拟机需要做以下检查，如图所示。

整体说明：
验证的内容则涵盖了类数据信息的格式验证、语义检查、字节码验证，以及符号引用验证等。

• 其中格式验证会和加载阶段一 起执行。验证通过之后，类加载器才会成功将类的二进制数据信息加载到方法区中。
• 格式验证之外的验证操作将会在方法区中进行。

链接阶段的验证虽然拖慢了加载速度，但是它避免了在字节码运行时还需要进行各种检查。（磨刀不误砍柴工）

具体说明：

1. 格式验证：是否以魔数0xCAFEBABE开头，主版本和副版本号是否在当前Java虚拟机的支持范围内，数据中每一个项是否都拥有正确的长度等。
2. Java 虚拟机会进行字节码的语义检查，但凡在语义上不符合规范的，虚拟机也不会给予验证通过。比如：
   • 是否所有的类都有父类的存在（在Java里，除了Object外， 其他类都应该有父类）
   • 是否一些被定义为final的方法或者类被重写或继承了
   • 非抽象类是否实现了所有抽象方法或者接口方法
   • 是否存在不兼容的方法（比如方法的签名除了返回值不同，其他都一样，这种方法会让虚拟机无从下手调度；abstract情况下的方法，就不能是final的了）
3. Java 虚拟机还会进行字节码验证，字节码验证也是验证过程中最为复杂的一个过程。它试图通过对字节码流的分析，判断字节码是否可以被正确地执行。比如：
   • 在字节码的执行过程中，是否会跳转到一条不存在的指令
   • 函数的调用是否传递了正确类型的参数
   • 变量的赋值是不是给了正确的数据类型等

​ 栈映射帧（StackMapTable）就是在这个阶段，用于检测在特定的字节码处，其局部变量表和操作数栈是否有着正确的数据类型。但遗憾的是，100%准确地判断一段字节码是否可以被安全执行是无法实现的，因此，该过程只是尽可能地检查出可以预知的明显的问题。如果在这个阶段无法通过检查，虚拟机也不会正确装载这个类。但是，如果通过了这个阶段的检查，也不能说明这个类是完全没有问题的。

在前面3次检查中，已经排除了文件格式错误、语义错误以及字节码的不正确性。但是依然不能确保类是没有问题的。

4. 校验器还将进行符号引用的验证。Class文件在其常量池会通过字符串记录自己将要使用的其他类或者方法。因此，在验证阶段，虚拟机就会检查这些类或者方法确实是存在的，并且当前类有权限访问这些数据，如果一个需要使用类无法在系统中找到，则会抛出NoClassDefFoundError，如果一个方法无法被找到，则会抛出NoSuchMethodError。

   此阶段在解析环节才会执行。

环节2：链接阶段之Preparation（准备）

准备阶段（Preparation），简言之，为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值。

当一个类验证通过时，虚拟机就会进入准备阶段。在这个阶段，虚拟机就会为这个类分配相应的内存空间，并设置默认初始值。

Java虚拟机为各类型变量默认的初始值如表所示。

注意：Java并不支 持boolean类型，对于boolean类型，内部实现是int，由于int的默认值是0，故对应的，boolean的默认值就是false。

注意：

1. 这里不旬含基本数据类型的字段用static final修饰的情况，因为final在编译的时候就会分配了，准备阶段会显式赋值。
2. 注意这里不会为实例变量分配初始化，类变量会分配在方法区中，而实例变量是会随着对象一起分配到Java堆中。
3. 在这个阶段并不会像初始化阶段中那样会有初始化或者代码被执行。

对注意中的第1点分析：

注意：以下前3点的前提都是字段已经完成显示赋值（定义的后面已经赋了值）的前提下进行的

1. 非final修饰的静态变量会在准备阶段赋初始值，然后在初始化中的方法中显示赋值
2. 静态常量（基本数据类型、String类型字面量（"XXX"这种情况））在编译阶段会初始化赋值，然后在准备阶段就会显示赋值
3. 引用数据类型的静态常量，尤其是new String(“XXX”)这种形式，都是在初始化中的中进行显示赋值的
4. 如果在static静态代码块中具有显示赋值操作（定义的后面没有赋值），那肯定就是在初始化中的方法中显示赋值

环节3：链接阶段之Resolution（解析）

在准备阶段完成后，就进入了解析阶段。
解析阶段（Resolution），简言之，将类、接口、字段和方法的符号引用转为直接引用。

1. 具体描述：
   符号引用就是一些字面量的引用，和虚拟机的内部数据结构和和内存布局无关。比较容易理解的就是在Class类文件中通过常量池进行了大量的符号引用。但是在程序实际运行时，只有符号引用是不够的，比如当如下println( )方法被调用时，系统需要明确知道该方法的位置。

​ 举例：输出操作System.out.println( )对应的字节码：
​ invokevirtual #24

以方法为例，Java虚拟机为每个类都准备了一张方法表，将其所有的方法都列在表中，当需要调用一个类的方法的时候，只要知道这个方法在方法表中的偏移量就可以直接调用该方法。通过解析操作，符号引用就可以转变为目标方法在类中方法表中的位置，从而使得方法被成功调用。

2. 小结：
   所谓解析就是将符号引用转为直接引用，也就是得到类、字段、方法在内存中的指针或者偏移量。因此，可以说，如果直接引用存在，那么可以肯定系统中存在该类、方法或者字段。但只存在符号引用，不能确定系统中一定存在该结构。

   不过Java虚拟机规范并没有明确要求解析阶段一定要按照顺序执行。在HotSpot VM中，加载、验证、准备和初始化会按照顺序有条不紊地执行，但链接阶段中的解析操作往往会伴随着JVM在执行完初始化之后再执行。

3. 字符串的复习
   照顺序执行。在HotSpot VM中，加载、验证、准备和初始化会按照顺序有条不紊地执行，但链接阶段中的解析操作往往会伴随着JVM在执行完初始化之后再执行。

4. 字符串的复习
   最后，再来看一下CONSTANT_ String的解析。由于字符串在程序开发中有着重要的作用，因此，读者有必要了解一下String在Java虚拟机中的处理。当在Java代码中直接使用字符串常量时，就会在类中出现CONSTANT_ String，它表示字符串常量，并且会引用一个CONSTANT_UTF8的常量项。**在Java虚拟机内部运行中的常量池中，会维护一张字符串拘留表（intern），它会保存所有出现过的字符串常量，并且没有重复项。**只要以CONSTANT_String形式出现的字符串也都会在这张表中。使用String.intern()方法可以得到一个字符串在拘留表中的引用，因为该表中没有重复项，所以任何字面相同的字符串的String. intern( )方法返回总是相等的。