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JVM_类的加载、链接、初始化、卸载、主动使用、被动使用

article 2025/1/30 12:23:26

①. 说说类加载分几步？

①. 按照Java虚拟机规范,从class文件到加载到内存中的类,到类卸载出内存为止,它的整个生命周期包括如下7个阶段:

第一过程的加载(loading)也称为装载
验证、准备、解析3个部分统称为链接(Linking)
在Java中数据类型分为基本数据类型和引用数据类型。基本数据类型由虚拟机预先定义,引用数据类型则需要进行类的加载

②. 当程序要使用某个类时,如果该类还未被加载到内存中,则系统会通过类的加载、类的链接、类的初始化这三个步骤来对类进行初始化。如果不出现意外,JVM将会连续完成这三个步骤,所以有时也把这三个步骤统称为类加载或者初始化

③. 从程序中类的使用过程看:

②. 过程一:类的加载(Loading)

①. 类的加载指的是将类的.class文件中的二进制数据读取到内存中,存放在运行时数据区的方法区中,并创建一个大的Java.lang.Class对象,用来封装方法区内的数据结构在加载类时,Java虚拟机必须完成以下3件事情:

②. 对于①的说明,我们也可以这样去理解:所谓装载(加载),简而言之就是将Java类的字节码文件加载到机器内存中,并在内存中构建出Java类的原型——类模板对象

(所谓类模板对象,其实就是Java类在JVM内存中的一个快照,JVM将从字节码文件中解析出的常量池、类字段、类方法等信息存储到类模板中,这样JVM在运行期便能通过类模板而获取Java类中的任意信息,能够对Java类的成员变量进行遍历,也能进行Java方法的调用)

③. 对于类的二进制数据流,虚拟机可以通过多种途径产生或获得(只要所读取的字节码符合JVM规范即可)

1.虚拟机可能通过文件系统读入一个class后缀的文件(最常见)

2.读入jar、zip等归档数据包,提取类文件。

3.事先存放在数据库中的类的二进制数据

4.使用类似于HTTP之类的协议通过网络进行加载

5.在运行时生成一段Class的二进制信息等

④. Class实例的位置

(类将.class文件加载至元空间后,会在堆中创建一个Java.lang.Class对象,用来封装类位于方法区内的数据结构,该Class对象是在加载类的过程中创建的,每个类都对应有一个Class类型的对象)

通过类的全名,获取类的二进制数据流
解析类的二进制数据流为方法区内的数据结构(Java类模型)
创建java.lang.Class类的实例,表示该类型。作为方法区这个类的各种数据的访问入口

③. 过程二:链接(Linking)

①. 验证:确保Class文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求,保证被加载类的正确性
1.目的是确保Class文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求,保证被加载类的正确性,不会危害虚拟机自身安全
2.主要包括四种验证:文件格式验证,元数据验证,字节码验证,符号引用验证
3.格式检查:是否以魔术oxCAFEBABE开头,主版本和副版本是否在当前Java虚拟机的支持范围内,数据中每一项是否都拥有正确的长度等
②. 准备(静态变量,不能是常量)
1.为类变量分配内存并且设置该类变量的默认初始化值
2.这里不包含用final修饰的static,因为final在编译的时候就会分配了,准备阶段会显式赋值
3.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,而实例变量会随着对象一起分配到Java堆中
4.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
```
public class ClassInitTest {
    private  static int num=1; //类变量的赋值动作
    //静态代码快中的语句
    static{
        num=2;
        number=20;
        System.out.println(num);
        //System.out.println(number); 报错:非法的前向引用
    }
    //Linking之prepare: number=0 -->initial:20-->10
    private static int number=10;

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(ClassInitTest.num);
        System.out.println(ClassInitTest.number);
    }
}
```

③. 若该类具有父类,Jvm会保证子类的< clinit >() 执行前,父类的< clinit >() 已经执行完成。clinit 不同于类的构造方法(init) (由父及子,静态先行)

public class ClinitTest1 {
    static class Father{
        public static int A=1;
        static{
            A=2;
        }
    }
    static class Son extends Father{
        public static int B=A;
    }

    public static void main(String[] args) {
        //这个输出2,则说明父类已经全部加载完毕
        System.out.println(Son.B);
    }
}

/**
 * @author TANGZHI
 * @create 2021-01-01 18:49
 * 哪些场景下,java编译器就不会生成<clinit>()方法
 */
public class InitializationTest1 {
    //场景1:对应非静态的字段,不管是否进行了显式赋值,都不会生成<clinit>()方法
    public int num = 1;
    //场景2:静态的字段,没有显式的赋值,不会生成<clinit>()方法
    public static int num1;
    //场景3:比如对于声明为static final的基本数据类型的字段,不管是否进行了显式赋值,都不会生成<clinit>()方法
    public static final int num2 = 1;
}


/**
 * @author TANGZHI
 * @create 2021-01-01 
 *
 * 说明:使用static + final修饰的字段的显式赋值的操作,到底是在哪个阶段进行的赋值？
 * 情况1:在链接阶段的准备环节赋值
 * 情况2:在初始化阶段<clinit>()中赋值
 * 结论:
 * 在链接阶段的准备环节赋值的情况:
 * 1. 对于基本数据类型的字段来说,如果使用static final修饰,则显式赋值(直接赋值常量,而非调用方法)通常是在链接阶段的准备环节进行
 * 2. 对于String来说,如果使用字面量的方式赋值,使用static final修饰的话,则显式赋值通常是在链接阶段的准备环节进行
 *
 * 在初始化阶段<clinit>()中赋值的情况:
 * 排除上述的在准备环节赋值的情况之外的情况。
 * 最终结论:使用static + final修饰,且显示赋值中不涉及到方法或构造器调用的基本数据类型或String类型的显式赋值,是在链接阶段的准备环节进行。
 */
public class InitializationTest2 {
    public static int a = 1;//在初始化阶段<clinit>()中赋值
    public static final int INT_CONSTANT = 10;//在链接阶段的准备环节赋值

    public static final Integer INTEGER_CONSTANT1 = Integer.valueOf(100);//在初始化阶段<clinit>()中赋值
    public static Integer INTEGER_CONSTANT2 = Integer.valueOf(1000);//在初始化阶段<clinit>()中赋值

    public static final String s0 = "helloworld0";//在链接阶段的准备环节赋值
    public static final String s1 = new String("helloworld1");//在初始化阶段<clinit>()中赋值

    public static String s2 = "helloworld2";
    public static final int NUM1 = new Random().nextInt(10);//在初始化阶段<clinit>()中赋值
}

package com.xiaozhi;

/**
 * @author TANGZHI
 * @create 2021-05-25
 */
class StaticA {
    static {
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        try {
            Class.forName("com.xiaozhi.StaticB");
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("StaticA init OK");
    }
}

class StaticB {
    static {
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
        try {
            Class.forName("com.xiaozhi.StaticA");
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("StaticB init OK");
    }
}

public class StaticDeadLockMain extends Thread {
    private char flag;

    public StaticDeadLockMain(char flag) {
        this.flag = flag;
        this.setName("Thread" + flag);
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            Class.forName("com.xiaozhi.Static" + flag);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(getName() + " over");
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        StaticDeadLockMain loadA = new StaticDeadLockMain('A');
        loadA.start();
        StaticDeadLockMain loadB = new StaticDeadLockMain('B');
        loadB.start();
    }
}

⑤. 主动引用(触发在初始化阶段的Clinit方法)

# 注意,如果把A接口中的默认方法注释,那么就只输出:子类初始化......
输出:
CompareB的初始化
子类初始化.....
public class DemoB implements A{
static{
System.out.println("子类初始化......");
}
public static void main(String[] args) {

}
}
interface A{
public static final Thread t = new Thread() {
{
System.out.println("CompareB的初始化");
}
};
default void method1(){
System.out.println("====");
}
}