JVM系列第二篇——类加载子系统

最新推荐文章于 2025-04-16 10:01:10 发布

Shark-Ele

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分类专栏： JVM 文章标签： jvm java 开发语言

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_40380893/article/details/125411518

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JVM系列第二篇——类加载子系统

Java 虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到本地内存，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，这个过程被称为虚拟机的类加载机制。

与编译时需要进行连接的语言不同，Java中类型的加载、连接和初始化过程都是在程序运行期间完成的，虽然这让类加载时稍微增加一些性能开销，但却让Java应用提供了极高的拓展性和灵活性，Java天生可以动态扩展的语言特性就是依赖运行期动态加载和动态连接这个特点实现的。

例如，编写一个面向接口的应用程序，可以等到运行时再指定其实际的实现类，用户可以通过Java预置的或自定义类加载器，让某个本地的应用程序在运行时从网络或其他地方上加载一个二进制流作为其程序代码的一部分。

1、类加载的时机

一个类型从被加载到虚拟机内存开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期将会经历加载（Loading）、验证（Verification）、准备（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）、使用（Using）和卸载（Unloading）七个阶段。

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加载、验证、准备、初始化和卸载这五个阶段的顺序是确定的，而解析阶段则不一定，这是为了支持Java语言的运行时绑定特性（即动态绑定或晚绑定）。《Java虚拟机规范》并没有强制约束何时“加载”，但是严格规定了有且仅有以下六种情况必须立即对类进行“初始化”：

遇到new、getstatic、putstatic 或 invokestatic 这四条字节码指令（分别对应Java代码：使用 new 实例化对象、读取或设置一个static类型的字段，但被final修饰和已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外、调用一个类型的静态方法）
使用 java.lang.reflect 包的方法对类型进行反射调用
初始化类时，发现其父类还未初始化，则需要先触发其父类的初始化
虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含main方法的类），虚拟机会先初始化主类
当使用JDK 7新加入的动态语言支持时，如果一个 java.lang.invoke.MethodHandle 实例最后的解析结果为 REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic、REF_newInvokeSpecial 四种类型的方法句柄
接口中定义了JDK8新加入的默认方法（被default关键字修饰的接口方法）

接口与类的初始化主要区别在于第三种情况，初始化接口时并不要求其父接口全部完成初始化，只有在使用到父接口时才会初始化。

除上述六种情况外，其它使用Java类的方式都会被看做是被动引用，都不会导致类的初始化。

// 被动引用实例一：通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化
class SuperClass {
   
    static {
   
        System.out.println("SuperClass init!");
    }
    public static int value = 10;
}

class SubClass extends SuperClass{
   
    static {
   
        System.out.println("SubClass init!");
    }

}

public class JvmDemo01 {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        System.out.println(SubClass.value);
    }
}
// 打印 SuperClass init! 和 10，未打印 SubClass init!，说明子类未初始化

说明：只有直接定义静态字段的类才会被初始化，上述通过子类调用父类中的静态字段时不会触发子类初始化，但是否触发子类的加载和验证阶段，这取决于不同虚拟机的具体实现。

// 被动引用实例二：通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化
class SuperClass {
   
    static {
   
        System.out.println("SuperClass init!");
    }
    public static int value = 10;
}

public class JvmDemo02 {
   
    public static void main(String[] args) {
   
        SuperClass[] sca = new SuperClass[10];
    }
}
// 未打印 SuperClass init!，说明没有初始化 SuperClass 类

说明：上述数组引用并未初始化SuperClass类，但是触发“[Lorg.fenixsoft.classloading.SuperClass” 类的初始化，该类由虚拟机自动生成，代表了元素类型为 SuperClass 的一维数组，数组的属性、方法都实现在该类中。由此可见，Java语言通过这个包装类访问数组，相比于C/C++直接操作数组的地址要更加安全，如Java访问数组越界可以会报异常，避免非法内存访问。

// 被动引用实例三：常量在编译时放入常量池，本质上没有直接引用到定义常量的类，因此不触发类的初始化

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