Java類加載全過程

一個(gè)java文件從被加載到被卸載這個(gè)生命過程，總共要經(jīng)歷4個(gè)階段：

加載->鏈接（驗(yàn)證+準(zhǔn)備+解析）->初始化（使用前的準(zhǔn)備）->使用->卸載

其中加載（除了自定義加載）+鏈接的過程是完全由jvm負(fù)責(zé)的，什么時(shí)候要對(duì)類進(jìn)行初始化工作（加載+鏈接在此之前已經(jīng)完成了），jvm有嚴(yán)格的規(guī)定（四種情況）：

1.遇到new，getstatic，putstatic，invokestatic這4條字節(jié)碼指令時(shí)，加入類還沒進(jìn)行初始化，則馬上對(duì)其進(jìn)行初始化工作。其實(shí)就是3種情況：用new實(shí)例化一個(gè)類時(shí)、讀取或者設(shè)置類的靜態(tài)字段時(shí)（不包括被final修飾的靜態(tài)字段，因?yàn)樗麄円呀?jīng)被塞進(jìn)常量池了）、以及執(zhí)行靜態(tài)方法的時(shí)候。

2.使用java.lang.reflect.*的方法對(duì)類進(jìn)行反射調(diào)用的時(shí)候，如果類還沒有進(jìn)行過初始化，馬上對(duì)其進(jìn)行。

3.初始化一個(gè)類的時(shí)候，如果他的父親還沒有被初始化，則先去初始化其父親。

4.當(dāng)jvm啟動(dòng)時(shí)，用戶需要指定一個(gè)要執(zhí)行的主類（包含static void main(String[] args)的那個(gè)類），則jvm會(huì)先去初始化這個(gè)類。

以上4種預(yù)處理稱為對(duì)一個(gè)類進(jìn)行主動(dòng)的引用，其余的其他情況，稱為被動(dòng)引用，都不會(huì)觸發(fā)類的初始化。下面也舉了些被動(dòng)引用的例子：

/** 
 * 被動(dòng)引用情景1 
 * 通過子類引用父類的靜態(tài)字段，不會(huì)導(dǎo)致子類的初始化 
 * @author volador 
 * 
 */ 
class SuperClass{ 
  static{ 
    System.out.println("super class init."); 
  } 
  public static int value=123; 
} 
 
class SubClass extends SuperClass{ 
  static{ 
    System.out.println("sub class init."); 
  } 
} 
 
public class test{ 
  public static void main(String[]args){ 
    System.out.println(SubClass.value); 
  } 
   
} 

輸出結(jié)果是：super class init。

/** 
 * 被動(dòng)引用情景2 
 * 通過數(shù)組引用來引用類，不會(huì)觸發(fā)此類的初始化 
 * @author volador 
 * 
 */ 
public class test{ 
  public static void main(String[] args){ 
    SuperClass s_list=new SuperClass[10]; 
  } 
} 

輸出結(jié)果：沒輸出

/** 
 * 被動(dòng)引用情景3 
 * 常量在編譯階段會(huì)被存入調(diào)用類的常量池中，本質(zhì)上并沒有引用到定義常量類類，所以自然不會(huì)觸發(fā)定義常量的類的初始化 
 * @author root 
 * 
 */ 
class ConstClass{ 
  static{ 
    System.out.println("ConstClass init."); 
  } 
  public final static String value="hello"; 
} 
 
public class test{ 
  public static void main(String[] args){ 
    System.out.println(ConstClass.value); 
  } 
} 

輸出結(jié)果：hello（tip：在編譯的時(shí)候，ConstClass.value已經(jīng)被轉(zhuǎn)變成hello常量放進(jìn)test類的常量池里面了）

以上是針對(duì)類的初始化，接口也要初始化，接口的初始化跟類的初始化有點(diǎn)不同：

上面的代碼都是用static{}來輸出初始化信息的，接口沒法做到，但接口初始化的時(shí)候編譯器仍然會(huì)給接口生成一個(gè)<clinit>()的類構(gòu)造器，用來初始化接口中的成員變量，這點(diǎn)在類的初始化上也有做到。真正不同的地方在于第三點(diǎn)，類的初始化執(zhí)行之前要求父類全部都初始化完成了，但接口的初始化貌似對(duì)父接口的初始化不怎么感冒，也就是說，子接口初始化的時(shí)候并不要求其父接口也完成初始化，只有在真正使用到父接口的時(shí)候它才會(huì)被初始化（比如引用接口上的常量的時(shí)候啦）。

下面分解一下一個(gè)類的加載全過程：加載->驗(yàn)證->準(zhǔn)備->解析->初始化

首先是加載：

    這一塊虛擬機(jī)要完成3件事：

        1.通過一個(gè)類的全限定名來獲取定義此類的二進(jìn)制字節(jié)流。

        2.將這個(gè)字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

        3.在java堆中生成一個(gè)代表這個(gè)類的java.lang.Class對(duì)象，作為方法區(qū)這些數(shù)據(jù)的訪問入口。

關(guān)于第一點(diǎn)，很靈活,很多技術(shù)都是在這里切入，因?yàn)樗]有限定二進(jìn)制流從哪里來：

從class文件來->一般的文件加載

從zip包中來->加載jar中的類

從網(wǎng)絡(luò)中來->Applet

..........

相比與加載過程的其他幾個(gè)階段，加載階段可控性最強(qiáng)，因?yàn)轭惖募虞d器可以用系統(tǒng)的，也可以用自己寫的，程序猿可以用自己的方式寫加載器來控制字節(jié)流的獲取。

獲取二進(jìn)制流獲取完成后會(huì)按照jvm所需的方式保存在方法區(qū)中，同時(shí)會(huì)在java堆中實(shí)例化一個(gè)java.lang.Class對(duì)象與堆中的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來。

加載完成后就要開始對(duì)那些字節(jié)流進(jìn)行檢驗(yàn)了（其實(shí)很多步驟是跟上面交叉進(jìn)行的，比如文件格式驗(yàn)證）：

檢驗(yàn)的目的：確保class文件的字節(jié)流信息符合jvm的口味，不會(huì)讓jvm感到不舒服。假如class文件是由純粹的java代碼編譯過來的，自然不會(huì)出現(xiàn)類似于數(shù)組越界、跳轉(zhuǎn)到不存在的代碼塊等不健康的問題，因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)這種現(xiàn)象，編譯器就會(huì)拒絕編譯了。但是，跟之前說的一樣，Class文件流不一定是從java源碼編譯過來的，也可能是從網(wǎng)絡(luò)或者其他地方過來的，甚至你可以自己用16進(jìn)制寫，假如jvm不對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)的話，可能一些有害的字節(jié)流會(huì)讓jvm完全崩潰。

檢驗(yàn)主要經(jīng)歷幾個(gè)步驟：文件格式驗(yàn)證->元數(shù)據(jù)驗(yàn)證->字節(jié)碼驗(yàn)證->符號(hào)引用驗(yàn)證

文件格式驗(yàn)證：驗(yàn)證字節(jié)流是否符合Class文件格式的規(guī)范并 驗(yàn)證其版本是否能被當(dāng)前的jvm版本所處理。ok沒問題后，字節(jié)流就可以進(jìn)入內(nèi)存的方法區(qū)進(jìn)行保存了。后面的3個(gè)校驗(yàn)都是在方法區(qū)進(jìn)行的。

元數(shù)據(jù)驗(yàn)證：對(duì)字節(jié)碼描述的信息進(jìn)行語(yǔ)義化分析，保證其描述的內(nèi)容符合java語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)范。

字節(jié)碼檢驗(yàn)：最復(fù)雜，對(duì)方法體的內(nèi)容進(jìn)行檢驗(yàn)，保證其在運(yùn)行時(shí)不會(huì)作出什么出格的事來。

符號(hào)引用驗(yàn)證：來驗(yàn)證一些引用的真實(shí)性與可行性，比如代碼里面引了其他類，這里就要去檢測(cè)一下那些來究竟是否存在；或者說代碼中訪問了其他類的一些屬性，這里就對(duì)那些屬性的可以訪問行進(jìn)行了檢驗(yàn)。（這一步將為后面的解析工作打下基礎(chǔ)）

驗(yàn)證階段很重要，但也不是必要的，假如說一些代碼被反復(fù)使用并驗(yàn)證過可靠性了，實(shí)施階段就可以嘗試用-Xverify:none參數(shù)來關(guān)閉大部分的類驗(yàn)證措施，以簡(jiǎn)短類加載時(shí)間。

接著就上面步驟完成后，就會(huì)進(jìn)入準(zhǔn)備階段了：

這階段會(huì)為類變量（指那些靜態(tài)變量）分配內(nèi)存并設(shè)置類比那輛初始值的階段，這些內(nèi)存在方法區(qū)中進(jìn)行分配。這里要說明一下，這一步只會(huì)給那些靜態(tài)變量設(shè)置一個(gè)初始的值，而那些實(shí)例變量是在實(shí)例化對(duì)象時(shí)進(jìn)行分配的。這里的給類變量設(shè)初始值跟類變量的賦值有點(diǎn)不同，比如下面：

public static int value=123;

在這一階段，value的值將會(huì)是0，而不是123，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候還沒開始執(zhí)行任何java代碼，123還是不可見的，而我們所看到的把123賦值給value的putstatic指令是程序被編譯后存在于<clinit>()，所以，給value賦值為123是在初始化的時(shí)候才會(huì)執(zhí)行的。

這里也有個(gè)例外：

public static final int value=123;

這里在準(zhǔn)備階段value的值就會(huì)初始化為123了。這個(gè)是說，在編譯期，javac會(huì)為這個(gè)特殊的value生成一個(gè)ConstantValue屬性，并在準(zhǔn)備階段jm就會(huì)根據(jù)這個(gè)ConstantValue的值來為value賦值了。

完成上步后，就要進(jìn)行解析了。解析好像是對(duì)類的字段，方法等東西進(jìn)行轉(zhuǎn)換，具體涉及到Class文件的格式內(nèi)容，并沒深入去了解。

初始化過程是類加載過程的最后一步：

在前面的類加載過程中，除了在加載階段用戶可以通過自定義類加載器參與之外，其他的動(dòng)作完全有jvm主導(dǎo)，到了初始化這塊，才開始真正執(zhí)行java里面的代碼。

這一步將會(huì)執(zhí)行一些預(yù)操作，注意區(qū)分在準(zhǔn)備階段，已經(jīng)為類變量執(zhí)行過一次系統(tǒng)賦值了。

其實(shí)說白了，這一步就是執(zhí)行程序的<clinit>()；方法的過程。下面我們來研究一下<clinit>()方法：

<clinit>()方法叫做類構(gòu)造器方法，有編譯器自動(dòng)手機(jī)類中的所有類變量的賦值動(dòng)作和靜態(tài)語(yǔ)句塊中的語(yǔ)句合并而成的，置于他們的順序與在源文件中排列的一樣。

<clinit>();方法與類構(gòu)造方法不一樣，他不需要顯示得調(diào)用父類的<clinit>();方法，虛擬機(jī)會(huì)保證子類的<clinit>();方法在執(zhí)行前父類的這個(gè)方法已經(jīng)執(zhí)行完畢了，也就是說，虛擬機(jī)中第一個(gè)被執(zhí)行的<clinit>()；方法肯定是java.lang.Object類的。

下面來個(gè)例子說明一下：

static class Parent{ 
  public static int A=1; 
  static{ 
    A=2; 
  } 
} 
static class Sub extends Parent{ 
  public static int B=A; 
} 
public static void main(String[] args){ 
  System.out.println(Sub.B); 
} 

首先Sub.B中對(duì)靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行了引用，Sub類要進(jìn)行初始化了。同時(shí)，其父類Parent要先進(jìn)行初始化動(dòng)作。Parent初始化后，A=2，所以B=2；上個(gè)過程相當(dāng)于：

static class Parent{ 
  <clinit>(){ 
    public static int A=1; 
    static{ 
      A=2; 
    } 
  } 
} 
static class Sub extends Parent{ 
  <clinit>(){ //jvm會(huì)先讓父類的該方法執(zhí)行完在執(zhí)行這里 
  public static int B=A; 
  } 
} 
public static void main(String[] args){ 
  System.out.println(Sub.B); 
} 

<clinit>();方法對(duì)類跟接口來說不是必須的，加入類或者接口中沒有對(duì)類變量進(jìn)行賦值且沒有靜態(tài)代碼塊，<clinit>()方法就不會(huì)被編譯器生成。

由于接口里面不能存在static{}這種靜態(tài)代碼塊，但仍然可能存在變量初始化時(shí)的變量賦值操作，所以接口里面也會(huì)生成<clinit>()構(gòu)造器。但跟類的不同的是，執(zhí)行子接口的<clinit>();方法前并不需要執(zhí)行父接口的<clinit>();方法，當(dāng)父接口中定義的變量被使用時(shí)，父接口才會(huì)被初始化。

另外，接口的實(shí)現(xiàn)類在初始化的時(shí)候也一樣不會(huì)執(zhí)行接口的<clinit>()；方法。

另外，jvm會(huì)保證一個(gè)類的<clinit>();方法在多線程環(huán)境下能被正確地加鎖同步。<因?yàn)槌跏蓟粫?huì)被執(zhí)行一次>。

下面用個(gè)例子說明一下：

public class DeadLoopClass { 
 
  static{ 
    if(true){ 
    System.out.println("要被 ["+Thread.currentThread()+"] 初始化了,下面來一個(gè)無限循環(huán)"); 
    while(treu){}   
    } 
  } 
   
  /** 
   * @param args 
   */ 
  public static void main(String[] args) { 
    // TODO Auto-generated method stub 
    System.out.println("toplaile"); 
    Runnable run=new Runnable(){ 
 
      @Override 
      public void run() { 
        // TODO Auto-generated method stub 
        System.out.println("["+Thread.currentThread()+"] 要去實(shí)例化那個(gè)類了"); 
        DeadLoopClass d=new DeadLoopClass(); 
        System.out.println("["+Thread.currentThread()+"] 完成了那個(gè)類的初始化工作"); 
         
      }}; 
       
      new Thread(run).start(); 
      new Thread(run).start(); 
  } 
 
} 

這里面，運(yùn)行的時(shí)候?qū)?huì)看到阻塞現(xiàn)象。

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