JVM生命周期之类的加载、连接、初始化

jopen 10年前

加载

       在java中,我们经常会接触到一个词——类加载,它和这里的加载并不是一回事,通常我们说类加 载指的是类的生命周期中加载、连接、初始化三个阶段。在加载阶段,java虚拟机会做什么工作呢?其实很简单,就是找到需要加载的类并把类的信息加载到 jvm的方法区中,然后在堆区中实例化一个java.lang.Class对象,作为方法区中这个类的信息的入口。

       类的加载方式比较灵活,我们最常用的加载方式有两种,一种是根据类的全路径名找到相应的class文件,然后从class文件中读取文件内容;另一种是从jar文件中读取。另外,还有下面几种方式也比较常用:

  • 从网络中获取:比如10年前十分流行的Applet。

  • 根据一定的规则实时生成,比如设计模式中的动态代理模式,就是根据相应的类自动生成它的代理类。

  • 从非class文件中获取,其实这与直接从class文件中获取的方式本质上是一样的,这些非class文件在jvm中运行之前会被转换为可被jvm所识别的字节码文件。

       对于加载的时机,各个虚拟机的做法并不一样,但是有一个原则,就是当jvm“预期”到一个类将要被使用时,就会在使用它之前对这个类进行加载。比如说,在 一段代码中出现了一个类的名字,jvm在执行这段代码之前并不能确定这个类是否会被使用到,于是,有些jvm会在执行前就加载这个类,而有些则在真正需要 用的时候才会去加载它,这取决于具体的jvm实现。我们常用的hotspot虚拟机是采用的后者,就是说当真正用到一个类的时候才对它进行加载。

       加载阶段是类的生命周期中的第一个阶段,加载阶段之后,是连接阶段。有一点需要注意,就是有时连接阶段并不会等加载阶段完全完成之后才开始,而是交叉进 行,可能一个类只加载了一部分之后,连接阶段就已经开始了。但是这两个阶段总的开始时间和完成时间总是固定的:加载阶段总是在连接阶段之前开始,连接阶段 总是在加载阶段完成之后完成。

 

连接

       连接阶段比较复杂,一般会跟加载阶段和初始化阶段交叉进行,这个阶段的主要任务就是做一些加载后的验证工作以及一些初始化前的准备工作,可以细分为三个步骤:验证、准备和解析。

  1. 验证:当一个类被加载之后,必须要验证一下这个类是否合法,比如这个类是不是符合字节码的格式、变量与方法是不是有重复、数据类型是不是有效、继承与实现是否合乎标准等等。总之,这个阶段的目的就是保证加载的类是能够被jvm所运行。

  2. 准备:准备阶段的工作就是为类的静态变量分配内存并设为jvm默认的初值,对于非静态的变量,则不会为它们分配内存。有一点需要注意,这时候,静态变量的初值为jvm默认的初值,而不是我们在程序中设定的初值。jvm默认的初值是这样的:

    • 基本类型(int、long、short、char、byte、boolean、float、double)的默认值为0。

    • 引用类型的默认值为null。

    • 常量的默认值为我们程序中设定的值,比如我们在程序中定义final static int a = 100,则准备阶段中a的初值就是100。

  3.  解析:这一阶段的任务就是把常量池中的符号引用转换为直接引用。那么什么是符号引用,什么又是直 接引用呢?我们来举个例子:我们要找一个人,我们现有的信息是这个人的身份证号是1234567890。只有这个信息我们显然找不到这个人,但是通过公安 局的身份系统,我们输入1234567890这个号之后,就会得到它的全部信息:比如安徽省黄山市余暇村18号张三,通过这个信息我们就能找到这个人了。 这里,123456790就好比是一个符号引用,而安徽省黄山市余暇村18号张三就是直接引用。在内存中也是一样,比如我们要在内存中找一个类里面的一个 叫做show的方法,显然是找不到。但是在解析阶段,jvm就会把show这个名字转换为指向方法区的的一块内存地址,比如c17164,通过 c17164就可以找到show这个方法具体分配在内存的哪一个区域了。这里show就是符号引用,而c17164就是直接引用。在解析阶段,jvm会将 所有的类或接口名、字段名、方法名转换为具体的内存地址。

        连接阶段完成之后会根据使用的情况(直接引用还是被动引用)来选择是否对类进行初始化。

 

初始化

       如果一个类被直接引用,就会触发类的初始化。在java中,直接引用的情况有:

  • 通过new关键字实例化对象、读取或设置类的静态变量、调用类的静态方法。

  • 通过反射方式执行以上三种行为。

  • 初始化子类的时候,会触发父类的初始化。

  • 作为程序入口直接运行时(也就是直接调用main方法)。