jvm类加载机制概述

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类加载机制概述

虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存，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，这就是虚拟机的类加载机制。

与那些在编译时需要进行连接工作的语言不同，在Java语言里面，类型的加载和连接过程都是在程序运行期间完成的，这样会在类加载时稍微增加一些性能开销，但是却能为Java应用程序提供高度的灵活性，Java中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。

类加载的时机

类的生命周期:

加载(Loading) –> 验证(Verification) –> 准备(Preparation) —> 解析(Resolution) —> 初始化(Initialization) —> 使用(Using) —> 卸载(Unloading)

其中 验证，准备，解析统称为连接。

加载、验证、准备、初始化和卸载这五个阶段的顺序是确定的，类的加载过程必须按照这种顺序按部就班地开始。

而解析阶段则不一定: 它在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定(也称为动态绑定或晚期绑定)。

这些阶段的各个步骤是互相交叉地混合式进行的，通常会在一个阶段执行的过程中调用或激活另外一个阶段。

虚拟机并没有强制约束什么时候执行加载，但严格规定了四种情况下必须立即对类进行”初始化”(而加载、验证、准备自然需要在此之前开始):

  1. 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这4条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则需要先出发其初始化。生成这4条指令的最常见的Java代码场景是: 使用new关键字实例化对象的时候、读取或设置一个类的静态字段(被final修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外)的时候，以及调用一个类的静态方法的时候。

  2. 使用java.lang.reflect包的方法对类进行发射调用的时候，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。

  3. 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化。

  4. 当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类(包含main()方法的那个类)，虚拟机会先初始化这个主类。

这四种场景中的行为称为对一个类进行主动引用。除此之外所有引用类的方式，都不会触发初始化，称为被动引用。

被动引用例子

例一:

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/**
 * 通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化
 */
public class SuperClass{
    static {
        System.out.println("SuperClass init!");
    }
    public static int value = 123;
}
public class SubClass extends SuperClass{
    static {
        System.out.println("SubClass init!");
    }
}
public class NotInitialization{
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(SubClass.value);
    }
}

上述代码运行之后，只会输出”SuperClass init!”，而不会输出”SubClass init!”。对于静态字段，只有直接定义这个字段的类才会被初始化，因此通过其子类来引用父类中定义的静态字段，只会触发父类的初始化而不会触发子类的初始化。至于是否要触发子类的加载和验证，在虚拟机规范中并未明确规定，这点取决于虚拟机的具体实现。

例二:

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/**
 * 通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化
 */
public class NotInitialization {
    public static void main(String[] args) {
        SuperClass[] sca = new SuperClass[10];
    }
}

例三:

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public class ConstClass {
    static {
        System.out.println("ConstClass init!");
    }
    public static final String HELLOWORLD = "hello world";
}
/**
 * 非主动使用类字段演示
 */
 public class NotInitialization {
     public static void main (String[] args) {
         System.out.println(Constant.HELLOWORLD);
     }
 }

上述代码运行之后，也没有输出”ConstClass init!”, 这是因为虽然在Java源码中引用了ConstClass类中的常量HELLOWORLD，但是在编译阶段将此常量的值”hello world”存储到了NotInitialization类的常量池中，对常量ConstClass.HELLOWORLD的引用实际都被转化为NotInitialization类对自身常量池的引用了。也就是说实际上NotInitialization的Class文件之中并没有ConstClass类的符号引用入口，这两个类在编译成Class之后就不存在任何联系了。

接口的加载过程

接口的加载过程与类加载过程稍有一些不同，针对接口需要做一些特殊说明:

接口也有初始化过程，这点与类是一致的，上面的代码都是用静态语句块”static{}”来输出初始化信息的，而接口中不能使用”static{}”语句块，但编译器仍然会为接口生成”\<clinit>()”类构造器，用于初始化接口中所定义的成员变量。

接口与类真正有所区别的是前面讲述的四种”有且仅有”需要开始初始化场景中的第三种: 当一个类在初始化时，要求其父类全部都已经初始化过了，但是一个接口在初始化时，并不要求其父接口全部都完成了初始化，只有在真正使用到父接口的时候(如引用接口中定义的常量)才会初始化。