虚拟机类的初始化过程(一)

本文深入探讨Java虚拟机如何加载Class文件,解析类加载的7个阶段及其触发条件,特别是初始化阶段的5种必要情形,以及接口加载的特殊规则。

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上篇文章我们学习了 Class 文件的结构,现在来看下虚拟机是如何加载 Class 文件的?以及Class 文件中的信息进入到虚拟机后会发生什么样的变化?

虚拟机把描述类的数据从 Class 文件加载到内存,并对数据进行校验、转换解析和初始化,最终形成可以被虚拟机直接使用的 Java 类型,这就是 Java 虚拟机的类加载机制.

我们知道,java 语言和其他在编译期就进行连接的语言不同(例如c),它是在运行期间进行加载、连接和初始化工作的,这虽然会增加类加载的性能消耗,但是为java语言提供了高度的灵活性,例如动态绑定(多态).

类加载时机

类从被加载到虚拟机内存开始,到卸载出内存为止,一共经历了7个阶段,加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载。

其中验证、准备、解析这三部分被统称为连接。

其中,加载、验证、准备、初始化和卸载这5阶段的顺序是确定的,必须严格按照这个顺序来,而解析阶段在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始,这是为了支持java语言的动态绑定。注意的是,上面那5个阶段只是按部就班的开始,并不是按部就班的“进行”或“完成”,强调这一点是因为这些阶段通常都是互相交叉地混合式进行的,通常会在一个阶段执行的过程中调用、激活另一个阶段。

什么情况下需要开始类加载过程的第一个阶段:加载了? Java 虚拟机规范中并没有进行强制约束,这点可以交给虚拟机的具体实现来自由把握。但是对于初始化阶段,虚拟机规范则是严格规定了有且只有5种情况必须立即对类进行“初始化”(而加载、验证、准备自然需要在此之前开始):
1.遇到 new、getstatic、putstatic、invokestatic 这4 条字节码指定时,如果类没有进行初始化,则需要先触发其初始化.
场景:比如 new 一个实例、读取或设置一个静态字段(被 final 修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外),或调用一个静态方法
2.使用反射包下的方法对类进行反射调用时
3.当初始化一个类的时候,如果发现其父类还没有进行初始化,则需要先触发其父类的初始化
4.当虚拟机启动时,用户需要指定一个执行的主类(包含 main 方法的类),虚拟机会先初始化这个主类
5.当使用JDK1.7的动态语言支持时,如果一个 MethodHandle 实例最后的解析结果 REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic 的方法句柄,并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化.

上面的 5 种场景被称为主动对一个类进行初始化.

接口的加载过程与类加载过程稍有一些不同,针对接口需要做一些特殊说明:接口也是有初始化过程的,这点与类一样,上面的代码都是由 static 来输出初始化信息的,而接口中是不能使用 static{} 语句块的,但编译器任然会为接口生成一个 类构造器,用于初始化接口中所定义的成员变量.

接口的初始化与前面所讲的类的初始化有区别的是第三种,一个类在初始化的时候,要求父类全部都已完成初始化,但是一个接口在初始化的时候,并不要求其父接口全部都完成了初始化,只有在真正使用到父接口的时候(如引用接口中定义的常量)才会被初始化.

### 创建虚拟机时的CPU初始化配置 当首次创建虚拟机并进行CPU初始化配置时,不同的平台有不同的方法。对于Kubernetes中的KubeVirt而言,在创建基于Kubernetes管理的虚拟机实例之前,可以指定所需的CPU资源以及特定于处理器的功能集。 #### 使用KubeVirt定义虚拟机规格 为了确保新启动的虚拟机能正确识别和利用宿主机提供的物理核心数,可以在`VirtualMachineInstance`(VMI)对象描述文件中明确定义期望分配给该虚拟机的vCPU数量: ```yaml apiVersion: kubevirt.io/v1alpha3 kind: VirtualMachineInstance metadata: name: testvmi spec: domain: resources: requests: memory: "4096M" cpu: cores: 2 # 设置虚拟机使用的逻辑处理单元数目 features: acpi: enabled: true apic: enabled: true machine: type: q35 ``` 上述YAML片段展示了如何通过调整`cpu.cores`字段来控制分配给虚拟机的具体核芯数[^1]。 #### VMware Workstation下的CPU设置 而在VMware Workstation环境下,则是在图形界面中完成这些参数设定的过程更为直观。在新建或编辑现有虚拟机过程中,可以通过“硬件”选项卡找到“处理器”,在这里能够自定义如下几个方面: - **Number of processors**: 即要模拟的实际处理器个数。 - **Cores per processor**: 每颗处理器上的内核数量。 - **Expose hardware assisted virtualization to the guest OS (VT-x/AMD-V)**: 如果希望让客户操作系统直接访问底层硬件辅助特性的话,应该勾选此项以便提高性能表现[^2]。 #### 调整Linux系统内部行为以优化CPU调度策略 无论在哪种平台上运行虚拟机旦进入目标操作系统之后还可以进步微调其工作模式。例如,在Linux发行版里可通过修改sysctl变量影响CPU子系统的运作方式;另外也可以考虑更改进程优先级或是采用专门的任务隔离机制(如cgroups),从而达到更好的响应速度和服务质量。
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