JVM 类加载过程

本文简述了JVM中类的加载、验证、准备、解析、初始化等核心流程,帮助开发者理解Java程序运行的基础机制。

这里简单记录一下JVM 的一些知识,参考来源于《深入理解JVM》 的书,具体的例子部分做了实验,但是不保证所有理论正确,仅仅做一个参考。

以下所有说明,均来自于JDK 1.6 版本,特殊情况会特殊说明。

先说明一下类的生命周期:加载->验证->准备->解析(可以再次验证)->初始化->使用-回收

一、 加载
   1.类加载第一步是先加载,在加载阶段有3件事情。
   a.通过全先限定名获取此类的二进制字节流
   b.将字节流锁代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据
   c.在内存中生成一个代表类的java.lang.Class,作为这个类里面内容的访问入口


二、验证
    1.这一步的作用是确保class 文件的字节流信息符合当前虚拟机的要求,不会危害JVM本身。
我们知道JAVA 有跨平台的特性,这里的特性实际是指JVM的跨平台,也就是说其他地方加载的class 可以到另一个个环境进行使用。但是加载java类,产生class 文件不一定是JDK 的JVM,因此可以产生多种class 文件,如果有些class 文件字节流不正确,或者有害,那么会导致系统崩溃,所以需要JVM进行验证,同时也会对其中规范进行验证。(参考《Java虚拟机规范》)
   
    2.验证手段主要包括:
    a.文件格式验证:比如一些版本号,不支持的类型 等等
    b.元数据验证:比如是否实现接口方法,重载方法不对,对JAVA规范的元数据信息验证。
    c.字节码验证:方法体验证,栈区各个指向和指令都正确等
    d.符号引用验证:比如是否通过限定名能找到该类,是否非法访问了privete 属性等一些限定内容以及一些不存在的方法等。这里有常见的IllegalAccess ,NoSuchFiled,NoSuchMethod等异常。


三、准备阶段
    1.这个阶段主要为类变量分配内存和设置初始值。这里强调是类变量,不包括实例变量,实例变量将会在对象实例化时,一起分配在Java堆中,这里的初始值是数据类型的默认值。比如:public static int value = 123; 准备阶段仅仅为value 赋值为0,而不是123,在初始化阶段才会执行putstatic

指令,进行赋值。如果是constant 属性的,在准备阶段就会赋值,比如public static final int value = 123;
   

四、解析
    1.这阶段是虚拟机将常量池的符号医用替换为直接引用的过程。

    2.解析内容包括:
    a.类或接口:将与改接口或者类有关系的类之间,将符号转换为直接引用。
    b.字段解析:对所属类或者接口的字段的符号引用进行解析,并返回引用
    c.类方法解析:类方法进行递归查找,是否名称描述都正确, 找到了就返回引用,否则会提示找不到方法
    d.接口方法:和类方法解析差不多,只是规则上是满足接口的规则


五、初始化
    1.类初始化是加载过程的最后一步,这里主要开始执行Java执行类中定义的程序代码(或者说是字节码).

    2.初始化是执行类构造器<clinit>()方法的过程,至于具体过程,这里不详细解释,这里会先对静态变量,以及静态语句块中的变量赋值。在接口中没静态块,但是也可以有赋值操作,都会先执行父类的<clinit>操作。
    3.多线程的情况下只会有一个线程会执行<clinit> 方法,其他线程阻塞等待。


小结:
    1.这里仅仅初步了解我们JAVA 的前期的一些流程,为我们以后理解或者做更深入的研究做一些准备
    2.

### JVM 类加载机制详细过程 JVMJava虚拟机)的类加载机制是Java程序运行的基础之一,它负责将编译后的 `.class` 文件加载到内存中,并对这些数据进行校验、解析和初始化,最终形成可以直接被JVM使用的Java型。整个过程可以分为七个阶段:加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载,其中前五个阶段统称为类加载过程。 #### 加载(Loading) 加载阶段是类加载过程的第一个阶段,主要任务是通过的全限定名获取其对应的二进制字节流,并将这些字节流转化为方法区中的运行时数据结构。同时,JVM会在堆中创建一个 `java.lang.Class` 对象,作为该访问数据的入口。 #### 验证 验证阶段的目的是确保Class文件的字节流中包含的信息符合JVM规范的要求,避免JVM受到恶意代码的攻击。验证过程包括文件格式验证、元数据验证、字节码验证以及符号引用验证。 #### 准备 准备阶段的主要任务是为的静态变量分配内存,并为其设置初始值。这个初始值通常是零值(如 `0`、`null`),而不是代码中显式赋值的值。显式赋值会在初始化阶段完成。 #### 解析 解析阶段是将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程。符号引用是以一组符号来描述所引用的目标,而直接引用则是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个能间接定位到目标的句柄。解析阶段并不一定在初始化之前完成,某些解析操作可能会延迟到初始化之后进行,这是为了支持Java的动态绑定特性。 #### 初始化 初始化阶段是类加载过程的最后一个阶段,它负责执行构造器 `<clinit>` 方法。`<clinit>` 方法是由编译器自动收集中的所有静态变量的赋值动作和静态代码块中的语句合并生成的,代码会按照书写顺序依次执行。如果的父尚未初始化,JVM会先触发其父的初始化过程,以确保继承链的完整性。此外,JVM会确保 `<clinit>` 方法在多线程环境中被正确加锁和同步,以保证线程安全。 例如,在以下代码中,`ConstClass` 的静态代码块不会在 `NotInit` 的 `main` 方法执行时被触发初始化,因为 `HELLOWORLD` 是一个 `static final` 常量,其值在编译期就已经确定,并直接嵌入到调用的常量池中: ```java public class ConstClass { static { System.out.println("常量初始化!"); } public static final String HELLOWORLD = "hello world!"; } public class NotInit { public static void main(String[] args) { System.out.println(ConstClass.HELLOWORLD); } } ``` #### 类加载JVM中的类加载器分为以下几: 1. **启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)**:负责加载JVM核心库(如 `rt.jar` 中的),通常是用C++实现的,而不是Java代码。 2. **扩展类加载器(Extension ClassLoader)**:负责加载Java的扩展库(如 `jre/lib/ext` 目录下的)。 3. **系统类加载器(System ClassLoader)**:负责加载应用程序的路径(ClassPath)上的,通常是最常用的类加载器。 4. **自定义类加载器(Custom ClassLoader)**:用户可以通过继承 `ClassLoader` 来实现自定义的类加载逻辑。 类加载器之间遵循 **双亲委派模型**,即当一个类加载器收到类加载请求时,它会首先委托给父类加载器去加载,只有在父类加载器无法完成加载时,才会尝试自己加载。这种机制可以确保的唯一性和安全性。 #### 示例代码 以下是一个简单的类加载器示例,展示了如何通过自定义类加载加载: ```java public class CustomClassLoader extends ClassLoader { @Override protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { byte[] classData = loadClassData(name); if (classData == null) { throw new ClassNotFoundException(); } else { return defineClass(name, classData, 0, classData.length); } } private byte[] loadClassData(String className) { // 实现加载逻辑,例如从文件或网络读取字节码 return new byte[0]; } } ``` #### 相关问题 - 类加载的双亲委派模型是如何工作的? - 如何实现一个自定义的类加载器? - 为什么 `static final` 常量不会触发的初始化? - 类加载过程中验证阶段的作用是什么? - 解析阶段为什么可以延迟到初始化之后?
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