JVM[3]-类生命周期:加载时机与加载过程

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 类型的过程就是虚拟机的类加载机制。

在 Java 语言里面，类型的加载和连接都是在程序运行期间完成，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多态就是依赖运行期动态加载和动态链接这个特点实现的。

类加载的时机

类加载过程.jpg

加载、验证、准备、初始化和卸载这 5 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）。

类加载时机

虚拟机规范中并没有对此进行强制约束，这点可以交给虚拟机的具体实现来自由把握。

类初始化时机

虚拟机规范指明有且只有五种情况必须立即对类进行初始化（而这一过程自然发生在加载、验证、准备之后）：

遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令（注意，newarray 指令触发的只是数组类型本身的初始化，而不会导致其相关类型的初始化，比如，new String[]只会直接触发 String[]类的初始化，也就是触发对类Ljava.lang.String的初始化，而直接不会触发 String 类的初始化）时，如果类没有进行过初始化，则需要先对其进行初始化。生成这四条指令的最常见的 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，已在编译器把结果放入常量池的静态字段除外）的时候；
调用一个类的静态方法的时候。

使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
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。
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。
当使用 jdk1.7 动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果 REF_getstatic,REF_putstatic,REF_invokeStatic 的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行初始化，则需要先出触发其初始化。

注意，对于这五种会触发类进行初始化的场景，虚拟机规范中使用了一个很强烈的限定语：“有且只有”，这五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。

被动引用的几种经典场景

通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化
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。
通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化
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public class NotInitialization{
public static void main(String[] args){
SClass[] sca = new SClass[10];
}
}
上述案例运行之后并没有任何输出，说明虚拟机并没有初始化类 SClass。但是，这段代码触发了另外一个名为Lcn.edu.tju.rico.SClass的类的初始化。从类名称我们可以看出，这个类代表了元素类型为 SClass 的一维数组，它是由虚拟机自动生成的，直接继承于 Object 的子类，创建动作由字节码指令 newarray 触发。

常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用到定义常量的类，因此不会触发定义常量的类的初始化

public class ConstClass{

 static{
     System.out.println("ConstClass init!");
 }

 public static  final String CONSTANT = "hello world";
}

public class NotInitialization{
    public static void main(String[] args){
        System.out.println(ConstClass.CONSTANT);
    }
}

类加载过程

加载（Loading）

在加载阶段（可以参考java.lang.ClassLoader的loadClass()方法），虚拟机需要完成以下三件事情：

通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流（并没有指明要从一个 Class 文件中获取，可以从其他渠道，譬如：网络、动态生成、数据库等）；
将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构；
在内存中(对于 HotSpot 虚拟就而言就是方法区)生成一个代表这个类的 java.lang.Class 对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口；

验证（Verification）

验证阶段是非常重要的，但不是必须的，它对程序运行期没有影响。

准备(Preparation)

准备阶段是正式为类变量(static 成员变量)分配内存并设置类变量初始值（零值）的阶段，这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。这时候进行内存分配的仅包括类变量，而不包括实例变量，实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在堆中。

解析(Resolution)

解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符 7 类符号引用进行。

初始化(Initialization)

在准备阶段，变量已经赋过一次系统要求的初始值(零值)；而在初始化阶段，则根据开发者通过程序制定的主观计划去初始化类变量和其他资源，或者更直接地说：初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法的过程。<clinit>()方法是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态语句块static{}中的语句合并产生的，编译器收集的顺序是由语句在源文件中出现的顺序所决定的，静态语句块只能访问到定义在静态语句块之前的变量，定义在它之后的变量，在前面的静态语句块可以赋值，但是不能访问。

类构造器<clinit>()与实例构造器<init>()不同，它不需要程序员进行显式调用，虚拟机会保证在子类类构造器<clinit>()执行之前，父类的类构造<clinit>()执行完毕。由于父类的构造器<clinit>()先执行，也就意味着父类中定义的静态语句块/静态变量的初始化要优先于子类的静态语句块/静态变量的初始化执行。特别地，类构造器<clinit>()对于类或者接口来说并不是必需的，如果一个类中没有静态语句块，也没有对类变量的赋值操作，那么编译器可以不为这个类生产类构造器<clinit>()。

虚拟机会保证一个类的类构造器<clinit>()在多线程环境中被正确的加锁、同步，如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有一个线程去执行这个类的类构造器<clinit>()，其他线程都需要阻塞等待，直到活动线程执行<clinit>()方法完毕。

在同一个类加载器下，一个类型只会被初始化一次。

类加载顺序

父类的类构造器<clinit>() -> 子类的类构造器<clinit>() -> 父类的成员变量和实例代码块 -> 父类的构造函数 -> 子类的成员变量和实例代码块 -> 子类的构造函数。

public class StaticTest {
    public static void main(String[] args) {
        staticFunction();
    }

    static StaticTest st = new StaticTest();

    static {   //静态代码块
        System.out.println("1");
    }

    {       // 实例代码块
        System.out.println("2");
    }

    StaticTest() {    // 实例构造器
        System.out.println("3");
        System.out.println("a=" + a + ",b=" + b);
    }

    public static void staticFunction() {   // 静态方法
        System.out.println("4");
    }

    int a = 110;    // 实例变量
    static int b = 112;     // 静态变量
}

/* Output:
    2
    3
    a=110,b=0
    1
    4
 */

引用：https://blog.csdn.net/justloveyou_

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