类加载机制与反射1——类的加载、连接和初始化

类的加载、连接和初始化

• JVM和类
  
• 类的加载
  
• 类的连接
  
• 类的初始化
  
• 类初始化的时机
  

系统可能在第一次使用某个类时候加载该类，也可能采用预加载机制来加载某个类。

1.JVM和类

    当调用java命令运行某个Java程序时，该命令将会启动一个Java虚拟机进程，不管该Java程序有多么复杂，该程序启动了多少个线程，它们都处于该Java虚拟机进程里。同一个JVM的所有线程、所有变量都处于同一个进程里，它们都使用该JVM进程的内存区。

    当系统出现以下几种情况时，JVM进程将被终止。

                ①程序运行到最后正常结束；

                ②程序运行到使用System.exit()或者Runtime.getRuntime().exit()代码处结束程序； 

                ③程序执行过程中遇到为捕获的异常或错误而结束；

                ④程序所在平台强制结束了JVM进程。

    当Java程序运行结束时，JVM进程结束，该进程在内存中的状态将会丢失。

2.类的加载

        当程序主动使用某个类时，如果该类还未被加载到内存中，则系统会通过加载、连接、初始化三个步骤来对该类进行初始化。
类加载指的是将类的class文件读入内存，并为之创建一个java.lang.Class对象，也就是说，当程序中适用任何类时，系统都会为之建立一个java.lang.Class对象。
类的加载由类加载器完成，类加载器通常由JVM提供，这些类加载器也是前面所有程序运行的基础，JVM提供的这些类加载器通常被称为系统类加载器。
开发者可以通过继承ClassLoader基类来创建自己的类加载器。通过使用不同的类加载器，可以从不同来源加载类的二进制数据，通常有如下几种来源。
①从本地文件系统加载class文件；
②从JAR包加载class文件；
③通过网络加载class文件
④把一个Java源文件动态编译，并执行加载；

类加载器通常无须等到"首次使用"该类时才加载该类，Java虚拟机规范允许系统预先加载某些类。

3.类的连接

       当类被加载之后，系统为之生成一个对应的Class对象，接着将会进入连接阶段，连接阶段负责把类的二进制数据合并到JRE中。类连接主要分为验证、准备、解析三个阶段；

4.类的初始化

        在类的初始化阶段，虚拟机负责对类进行初始化，主要就是对类变量进行初始化。在Java类中对类变量指定初始值有两种方式：①声明类变量是指定初始值；②使用静态初始化块为类变量指定初始值。

public class Test
{
	// 声明变量a时指定初始值
	static int a = 5;
	static int b = 9;         // ①
	static int c;
	static
	{
		// 使用静态初始化块为变量b指定出初始值
		b = 6;
		System.out.println("----------");
	}
	public static void main(String[] args)
	{
		System.out.println(Test.b);
	}
}

        声明变量时指定初始值，静态初始化块都将被当成类的初始化语句，JVM会按这些语句在程序中的排列顺序依次执行它们。

public class Test
{
	static
	{
		// 使用静态初始化块为变量b指定出初始值
		b = 6;
		System.out.println("----------");
	}
	// 声明变量a时指定初始值
	static int a = 5;
	static int b = 9;         // ①
	static int c;
	public static void main(String[] args)
	{
		System.out.println(Test.b);
	}
}

JVM初始化一个类包含如下几个步骤：
①假如这个类还没有被加载和连接，则程序先加载并连接该类；
②假如该类的直接父类还没有被初始化，则初始化其直接父类；
③假如类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句；

当执行第2个步骤时，系统对直接父类的初始化步骤也遵循此步骤1~3；依次类推，所以JVM最先初始化的总是java.lang.Object类。

5.类初始化的时机

    当Java程序首次通过下面6中方式来使用某个类或接口时，系统就会初始化该类或者接口。
①创建类的实例。(使用new操作符来创建实例，通过反射来创建实例，通过反序列化的方式来创建实例)
②调用某个类的类方法(静态方法)
③访问某个类或接口的类变量，或为该类变量赋值；
④使用反射方式来强制创建某个类或接口对应的java.lang.Class对象；eg:Class.forName("Person");
⑤初始化某个类的子类；

⑥直接使用jva.exe命令来运行某个主类；

    下面几种情形需要特别指出：

        ①对于一个final型的类变量，如果该类变量的值在编译时就可以确定下来，那么这个类变量相当于"宏变量"。Java编译器会在编译时直接把这个类变量出现的地方替换成它的值，因此即使程序使用该静态类变量，也不会导致该类的初始化：

class MyTest
{
	static
	{
		System.out.println("静态初始化块...");
	}
	// 使用一个字符串直接量为static final的类变量赋值
	static final String compileConstant = "疯狂Java讲义";
}
public class CompileConstantTest
{
	public static void main(String[] args)
	{
		// 访问、输出MyTest中的compileConstant类变量
		System.out.println(MyTest.compileConstant);   // ①
	}
}

        ②反之，如果final修饰的类变量的值不能在编译时确定下来，则必须等到运行时才可以确定该类变量的值，如果通过该类来访问他的类变量，则会导致该类被初始化：

class MyTest
{
	static
	{
		System.out.println("静态初始化块...");
	}
	//采用系统当前时间为static final类变量赋值
	static final String compileConstant = System.currentTimeMillis()+"";
}
public class CompileConstantTest
{
	public static void main(String[] args)
	{
		// 访问、输出MyTest中的compileConstant类变量
		System.out.println(MyTest.compileConstant);   // ①
	}
}

        ③当使用ClassLoader类的loadClass()方法来加载某个类时，该方法只是加载该类，并不会执行该类的初始化。使用Class的forName()静态方法才会导致强制初始化该类；

class Tester
{
	static
	{
		System.out.println("Tester类的静态初始化块...");
	}
}
public class ClassLoaderTest
{
	public static void main(String[] args)
		throws ClassNotFoundException
	{
		ClassLoader cl = ClassLoader.getSystemClassLoader();
		// 下面语句仅仅是加载Tester类
		cl.loadClass("Tester");
		System.out.println("系统加载Tester类");
		// 下面语句才会初始化Tester类
		Class.forName("Tester");
	}
}