深入探索JVM类加载机制 — 类加载的过程之准备、解析

最新推荐文章于 2025-04-22 21:15:21 发布

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分类专栏：深入理解JVM系列文章标签： jvm java 开发语言

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本文详细介绍了JVM类加载机制中的准备和解析阶段。准备阶段为类变量分配内存并设置初始值，通常为零值，除非存在ConstantValue属性。解析阶段则将常量池中的符号引用替换为直接引用，这一过程可能在类加载时或使用前进行，对字段和方法的访问权限也会在此阶段检查。解析动作主要针对7类符号引用进行，对应常量池的8种类型。

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准备

准备阶段是正式为类中定义的变量（即静态变量，被static修饰的变量）分配内存并设置类变量初始值的阶段，从概念上讲，这些变量所使用的内存都应当在方法区中进行分配，但必须注意到方法区本身是一个逻辑上的区域，在JDK 8及之后，类变量则会随着Class对象一起存放在Java堆中，这时候“类变量在方法区”就完全是一种对逻辑概念的表述了。

这时候进行内存分配的 仅包括类变量，而不包括实例变量，实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在Java堆中。其次是这里所说的初始值“通常情况”下是数据类型的零值。

变量value在准备阶段过后的初始值为0而不是123，因为这时尚未开始执行任何Java方法，而把 value赋值为123的putstatic指令是程序被编译后，存放于类构造器<clinit>()方法之中，所以把value赋值为123的动作要到类的初始化阶段才会被执行。

Java中所有基本数据类型的零值：

在“通常情况”下初始值是零值，那言外之意是相对的会有某些“特殊情况”：如果类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性，那在准备阶段变量值就会被初始化为ConstantValue属性所指定的初始值，假设上面类变量value的定义修改为：

编译时Javac将会为value生成ConstantValue属性，在准备阶段虚拟机就会根据Con-stantValue的设置将value赋值为123。

解析

解析阶段是Java虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程

解析阶段中所说的直接引用与符号引用的关联：

·符号引用（Symbolic References）：符号引用以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能无歧义地定位到目标即可。符号引用与虚拟机实现的内存布局无关，引用的目标并不一定是已经加载到虚拟机内存当中的内容。各

·直接引用（Direct References）：直接引用是可以直接指向目标的指针、相对偏移量或者是一个能间接定位到目标的句柄。直接引用是和虚拟机实现的内存布局直接相关的，同一个符号引用在不同虚拟机实例上翻译出来的直接引用一般不会相同。如果有了直接引用，那引用的目标必定已经在虚拟机的内存中存在。

《Java虚拟机规范》之中并未规定解析阶段发生的具体时间，只要求了在执行ane-warray、 checkcast、getfield、getstatic、instanceof、invokedynamic、invokeinterface、invoke-special、 invokestatic、invokevirtual、ldc、ldc_w、ldc2_w、multianewarray、new、putfield和putstatic这17个用于操作符号引用的字节码指令之前，先对它们所使用的符号引用进行解析。

虚拟机实现可以根据需要来⾃⾏判断，到底是在类被加载器加载时就对常量池中的符号引

⽤进⾏解析，还是等到⼀个符号引⽤将要被使⽤前才去解析它。类似地，对⽅法或者字段

的访问，也会在解析阶段中对它们的可访问性(public、protected、private 、< package

> ) 进⾏检查。

对同⼀个符号引⽤进⾏多次解析请求是很常⻅的事情，除invokedynamic指令以外，虚

拟机实现可以对第⼀次解析的结果进⾏缓存，譬如在运⾏时直接引⽤常量池中的记录，并

把常量标识为已解析状态，从⽽避免解析动作重复进⾏。⽆论是否真正执⾏了多次解析动

作，Java虚拟机都需要保证的是同⼀个实体中，如果⼀个符号引⽤之前已经被成功解析

过，那么后续的引⽤解析请求就应当⼀直能够成功;同样地，如果第⼀次解析失败了，其

他指令对这个符号的解析请求也应该收到相同的异常，哪怕这个请求的符号在后来已成功

加载进Java虚拟机内存之中。

不过对于invokedynamic指令，上面的规则就不成立了。当碰到某个前面已经由invokedynamic指令触发过解析的符号引用时，并不意味着这个解析结果对于其他invokedynamic指令也同样生效。因为 invokedynamic指令的目的本来就是用于动态语言支持，它对应的引用称为“动态调用点限定符（Dynamically-Computed Call Site Specifier）”，这里“动态”的含义是指必须等到程序实际运行到这条指令时，解析动作才能进行。相对地，其余可触发解析的指令都是“静态”的，可以在刚刚完成加载阶段，还没有开始执行代码时就提前进行解析。

解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符这7 类符号引用进行，分别对应于常量池的CONSTANT_Class_info、CON-STANT_Fieldref_info、 CONSTANT_Methodref_info、CONSTANT_InterfaceMethodref_info、 CONSTANT_MethodType_info、CONSTANT_MethodHandle_info、CONSTANT_Dyna-mic_info和 CONSTANT_InvokeDynamic_info 8种常量类型。