Java符号引用与直接引用

本文介绍了JVM中类从加载到卸载的生命周期,重点解释了解析阶段中符号引用和直接引用的概念及其区别。符号引用以一组符号描述目标,与虚拟机内存布局无关;直接引用则依赖于虚拟机内存布局。

原文章链接:https://dazi.kukuw.com/art_show_2044154.html

在JVM中,类从被加载到虚拟机内存中开始,到卸载出内存为止,它的整个生命周期包括:
加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载7个阶段。
而解析阶段即是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。
一、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,只要使用时能够无歧义的定位到目标即可。
例如,在Class文件中它以
CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、
CONSTANT_Methodref_info等类型的常量出现。
符号引用与虚拟机的内存布局无关,引用的目标并不一定加载到内存中。
在Java中,一个java类将会编译成一个class文件。
在编译时,java类并不知道所引用的类的实际地址,因此只能使用符号引用来代替。
比如org.simple.People类引用了org.simple.Language类,
在编译时People类并不知道Language类的实际内存地址,
因此只能使用符号org.simple.Language
(假设是这个,当然实际中是由类似于CONSTANT_Class_info的常量来表示的)
来表示Language类的地址。各种虚拟机实现的内存布局可能有所不同,
但是它们能接受的符号引用都是一致的,
因为符号引用的字面量形式明确定义在Java虚拟机规范的Class文件格式中。
二、直接引用:直接引用可以是
1、直接指向目标的指针(比如,指向“类型”【Class对象】、
类变量、类方法的直接引用可能是指向方法区的指针)
2、相对偏移量(比如,指向实例变量、实例方法的直接引用都是偏移量)
3、一个能间接定位到目标的句柄
直接引用是和虚拟机的布局相关的,同一个符号引用在不同的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被加载入内存中了。

### 概念 - **符号引用**:类文件中的一种抽象引用方式,不涉及具体的内存地址或对象实例。它包括类接口的全限定名、字段的名称描述符、方法的名称描述符等信息,这些信息足够唯一地确定一个类、字段或者方法,但在类被加载到 JVM 之前,并没有实际的内存布局关联。在 Java 字节码中,符号引用可能表示为类引用(如 `java/lang/String`)、方法引用(如 `java/lang/String#length()I`)字段引用(如 `java/lang/System#out`) [^2][^3]。 - **直接引用**:一种可以直接指向目标对象、类、字段或者方法在 JVM 内存中的物理位置的引用方式,例如指针、偏移量等。一旦有了直接引用,就可以直接访问目标实体,而无需再经过其他查找过程 [^3]。 ### 区别 - **表现形式**:符号引用是一种抽象的表示,通常以字符串形式存在,用于在编译时标识类、方法字段;直接引用则是具体的内存地址或偏移量,用于在运行时直接访问目标对象。 - **内存的关联**:符号引用在类加载到 JVM 之前,不实际的内存布局关联;直接引用是在类加载解析过程中,根据符号引用生成的,实际的内存地址相关。 - **访问方式**:使用符号引用不能直接访问目标对象,需要经过解析过程将其转换为直接引用直接引用可以直接访问目标对象。 ### 应用 - **符号引用**:主要用于编译阶段类加载的早期阶段。在编译时,编译器使用符号引用来表示类、方法字段的引用关系,生成字节码文件。在类加载过程中,符号引用用于表示类之间的依赖关系,直到解析阶段才会将其转换为直接引用。 - **直接引用**:用于运行时的方法调用字段访问。一旦符号引用被解析为直接引用JVM 就可以直接通过直接引用访问目标对象、类、字段或方法,提高访问效率。 ### 代码示例 以下是一个简单的 Java 代码示例,展示了符号引用直接引用的应用: ```java public class ReferenceExample { public static void main(String[] args) { // 符号引用:在编译时,编译器使用符号引用来表示对 String 类 length 方法的引用 String str = "Hello"; int length = str.length(); // 运行时,符号引用被解析为直接引用直接访问 length 方法 System.out.println(length); } } ```
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