一个类从加载到虚拟机到使用结束从虚拟机卸载包括了加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载,即为一个类的生命周期
下面来看一下类加载的过程,即加载、验证、准备、解析、初始化5个阶段都做了什么事:
阶段1:加载
加载阶段虚拟机主要3件事:
- 通过类的全名获取其二进制字节流;
- 将字节流代表的静态结构转化为方法区识别的运行时数据结构;
- 在内存中实例化这个类的java.lang.Class对象(不一定在堆内存中的,HotSpot就将Class对象放在了方法区里),程序访问这个类在方法区中的类型数据时会通过这个类去访问;
以上三点虚拟机并不要求如何实现,只是一个规范,比如第一步,通过类全名获取其二进制流,动态代理技术是在运行时获取、JSP应用是根据jsp文件获取并生成对应的Class以及从ZIP包中获取(JAR、EAR、WA同理)等
阶段2:验证
验证阶段大体上会完成4个阶段的验证(文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证),以保证虚拟机中类的规范和安全。
-
文件格式验证,校验字节流是否复合Class文件的格式:
- 验证文件是否以魔数
0xCAFEBABE
(十六进制class文件中的前4个字节)开头; - 主、次版本号(十六进制class文件中的第5、第6个字节)能否被当前版本的虚拟机处理;
- 常量池中是否有不被支持的类型;
- 指向常量的索引中是否指向了不存在的常量;
- Class文件中各个部分以及文件本身是否有被删除或附加的其他信息;
- ......
- 验证文件是否以魔数
-
元数据类型,校验语义是否符合Java语言规范的要求:
- 验证类是否有父类(除了java.lang.Object);
- 验证父类是否继承了不可被继承的类;
- 如果不是抽象类,那么要判断是否实现了父类或接口的所要求实现的所有方法;
- ......
-
字节码验证,校验类的方法体,确定语义是否符合逻辑:
- 保证操作数栈中的数据类型与指令序列一致;
- 保证跳转指令不会跳到方法体外的字节码指令上;
- 保证方法体中的类型转换有效;
- ......
阶段3:准备
准备阶段是为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段
这里所说的初始值并不是指代码赋的值,而是数据类型的默认值,如public static int value = 123;
在准备阶段过后,value会被置为0,而不是123。
同时要注意,public static final int value = 123;
这种使用final修饰的变量,在准备阶段就会被赋值为123,而不是初始值。
阶段4:解析
解析阶段会将常量池内的符号引用转换为直接引用,关于符号引用和直接引用的解释如下:
- 符号引用:以一组符号来描述所引用的目,比如定义了在类IntF中定义了intValue = 123,接着让Test.foo中的a变量指向Intf.intValue:
public class Test{
public void foo(){
int a = Intf.intValue;
}
}
class Intf{
public static int intValue = 123;
}
编译代码之后我们用javap -verbose Test
来查看class文件中的内容:
Constant pool:
#1 = Methodref #4.#12 // java/lang/Object."<init>":()V
#2 = Fieldref #13.#14 // Intf.intValue:I
#3 = Class #15 // Test
#4 = Class #16 // java/lang/Object
// 省略部分代码...
public void foo();
descriptor: ()V
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=2, args_size=1
0: getstatic #2 // Field Intf.intValue:I
3: istore_1
4: return
LineNumberTable:
line 3: 0
line 4:
可以看到常量池第2项是一个符号引用,指向了Intf.intValue
- 直接引用:就是我们常说的指针或者句柄,直接引用的目标一定会在虚拟机内存中存在。
阶段5:初始化
初始化阶段是类加载的最后一个阶段,主要执行类的<clinit>方法(不同与<init>方法,<init>方法是在显式调用constructor时执行,而<clinit>方法在初始化阶段就会执行),<clinit>()方法会执行赋值操作和执行静态语句快中的内容,换句话说,如果代码中没有静态语句块和赋值操作,那么就可以没有<clinit>()方法。
这个阶段虚拟机会保证父类的<clinit>()方法会在子类的<clinit>()方法前执行,而且在多线程环境中,虚拟机会保证<clinit>()方法的同步。
参考文献:《深入理解Java虚拟机》 - 周志明
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