一個類從加載到虛擬機到使用結束從虛擬機卸載包括了加載、驗證、準備、解析、初始化、使用、卸載,即爲一個類的生命週期
下面來看一下類加載的過程,即加載、驗證、準備、解析、初始化5個階段都做了什麼事:
階段1:加載
加載階段虛擬機主要3件事:
- 通過類的全名獲取其二進制字節流;
- 將字節流代表的靜態結構轉化爲方法區識別的運行時數據結構;
- 在內存中實例化這個類的java.lang.Class對象(不一定在堆內存中的,HotSpot就將Class對象放在了方法區裏),程序訪問這個類在方法區中的類型數據時會通過這個類去訪問;
以上三點虛擬機並不要求如何實現,只是一個規範,比如第一步,通過類全名獲取其二進制流,動態代理技術是在運行時獲取、JSP應用是根據jsp文件獲取並生成對應的Class以及從ZIP包中獲取(JAR、EAR、WA同理)等
階段2:驗證
驗證階段大體上會完成4個階段的驗證(文件格式驗證、元數據驗證、字節碼驗證、符號引用驗證),以保證虛擬機中類的規範和安全。
-
文件格式驗證,校驗字節流是否複合Class文件的格式:
- 驗證文件是否以魔數
0xCAFEBABE
(十六進制class文件中的前4個字節)開頭; - 主、次版本號(十六進制class文件中的第5、第6個字節)能否被當前版本的虛擬機處理;
- 常量池中是否有不被支持的類型;
- 指向常量的索引中是否指向了不存在的常量;
- Class文件中各個部分以及文件本身是否有被刪除或附加的其他信息;
- 驗證文件是否以魔數
......
-
元數據類型,校驗語義是否符合Java語言規範的要求:
- 驗證類是否有父類(除了java.lang.Object);
- 驗證父類是否繼承了不可被繼承的類;
- 如果不是抽象類,那麼要判斷是否實現了父類或接口的所要求實現的所有方法;
......
-
字節碼驗證,校驗類的方法體,確定語義是否符合邏輯:
- 保證操作數棧中的數據類型與指令序列一致;
- 保證跳轉指令不會跳到方法體外的字節碼指令上;
- 保證方法體中的類型轉換有效;
階段3:準備
準備階段是爲類變量分配內存並設置類變量初始值的階段
這裏所說的初始值並不是指代碼賦的值,而是數據類型的默認值,如public static int value = 123;
在準備階段過後,value會被置爲0,而不是123。
同時要注意,public static final int value = 123;
這種使用final修飾的變量,在準備階段就會被賦值爲123,而不是初始值。
階段4:解析
解析階段會將常量池內的符號引用轉換爲直接引用,關於符號引用和直接引用的解釋如下:
- 符號引用:以一組符號來描述所引用的目,比如定義了在類IntF中定義了intValue = 123,接着讓Test.foo中的a變量指向Intf.intValue:
public class Test{
public void foo(){
int a = Intf.intValue;
}
}
class Intf{
public static int intValue = 123;
}
編譯代碼之後我們用javap -verbose Test
來查看class文件中的內容:
Constant pool:
#1 = Methodref #4.#12 // java/lang/Object."<init>":()V
#2 = Fieldref #13.#14 // Intf.intValue:I
#3 = Class #15 // Test
#4 = Class #16 // java/lang/Object
// 省略部分代碼...
public void foo();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=2, args_size=1
0: getstatic #2 // Field Intf.intValue:I
3: istore_1
4: return
LineNumberTable:
line 3: 0
line 4:
可以看到常量池第2項是一個符號引用,指向了Intf.intValue
- 直接引用:就是我們常說的指針或者句柄,直接引用的目標一定會在虛擬機內存中存在。
階段5:初始化
初始化階段是類加載的最後一個階段,主要執行類的<clinit>方法(不同與<init>方法,<init>方法是在顯式調用constructor時執行,而<clinit>方法在初始化階段就會執行),<clinit>()方法會執行賦值操作和執行靜態語句快中的內容,換句話說,如果代碼中沒有靜態語句塊和賦值操作,那麼就可以沒有<clinit>()方法。
這個階段虛擬機會保證父類的<clinit>()方法會在子類的<clinit>()方法前執行,而且在多線程環境中,虛擬機會保證<clinit>()方法的同步。
參考文獻:《深入理解Java虛擬機》 - 周志明