【JVM】类的声明周期(加载、连接、初始化)

简介: 【JVM】类的声明周期(加载、连接、初始化)

一、类的声明周期(加载阶段)

  • 1、加载(Loading)阶段第一步是类加载器根据类的全限定名通过不同的渠道以二进制流的方式获取字节码信息程序员可以使用Java代码拓展的不同的渠道。
  • 2、类加载器在加载完类之后,Java虚拟机会将字节码中的信息保存到方法区中。
  • 方法区是一个虚拟概念
  • 3、生成一个InstanceKlass对象,保存类的所有信息,里边还包含实现特定功能比如多态的信息。
  • InstanceKlass包含:基本信息、常量池、字段、方法、虚方法表(实现多态的基础)
  • 4、同时,Java虚拟机还会在堆中生成一份与方法区中数据类似的java.lang.Class)对象。
  • 作用是在ava代码中去获取类的信息以及存储静态字段的数据(JDK8及之后)


  • 在JDK8开始,静态字段存放在堆区,在JDK8之前是存放在方法区的

方法区中的InstanceKlass对象是用C++编写的,Java代码一般不能直接操作用C++语言编写的对象,所以Java就在堆区上创建了一个Java.lang.Class用Java语言包装之后的对象,可以让Java在代码中获取到,Java.lang.Class对象里包含的字段要少于方法区中InstanceKlass对象包含的字段,这样做的原因是对于开发者来说,并不需要访问InstanceKlass对象中的所有字段信息,例如Java底层实现多态时调用方法区中的虚方法表,这个虚方法表是不需要开发者调用的,这样Java虚拟机就能很好地控制开发者访问数据的范围.。

1.1 查看内存中的对象

  • 使用JDK自带的hsdb工具查看Java虚拟机内存信息,工具位于JDK安装目录下lib文件夹中的sa-jdi.jar中。
  • 启动命令:java -cp sa-jdi.jar sun.jvm.hotspot.HSDB



  • 输入java进程号(打开cmd窗口,输入jps命令,就会展示出所有java进程及对应的id)




  • 点击Tools->Object Histogram





二、类的声明周期(连接阶段)

2.1 验证

  • 验证内容是否满足《Java虚拟机规范》

主要包含如下四部分,具体详见《Java虚拟机规范》:

  • 1.文件格式验证,比如文件是否以OxCAFEBABE开头,主次版本号是否满足当前)ava虚拟机版本要求。


  • 2.元信息验证,例如类必须有父类(super不能为空)。
  • 3.验证程序执行指令的语义,比如方法内的指令执行中跳转到不正确的位置。
  • 4.符号引用验证,例如是否访问了其他类中privatel的方法等。

Hotspot JDK8中虚拟机源码对版本号检测的代码如下:

return (major >= JAVA_MIN_SUPPORTED_VERSION) &&
     (major <= max_version)  &&
     ((major != max_version) ||
     (minor <= JAVA_MAX_SUPPORTED_MINOR_VERSION));
  • major:主版本号
  • minor:副版本号
  • JAVA_MIN_SUPPORTED_VERSION:支持的最低版本,JDK8中常量是45,代表JDK1.0
  • max_version:最高版本,JDK中是52,代表JDK8
  • JAVA_MAX_SUPPORTED_MINOR_VERSION:支持的最高副版本号,JDK未使用,为0
  • 主版本号不能高于运行环境主版本号,如果主版本号相等,副版本号也不能超过。

2.2 准备

  • 给静态变量分配内存并赋初值。
  • 每一种基本数据类型和引用数据类型都有其初始值
数据类型 初始值
int 0
long 0L
short 0
char ‘\u0000’
byte 0
bolean false
double 0.0
引用数据类型 null
  • final修饰的基本数据类型的静态变量,准备阶段直接会将代码中的值进行赋值。

2.3 解析

  • 将常量池中的符号引用替换成指向内存的直接引用
  • 符号引用就是在字节码文件中使用编号来访问常量池中的内容。
  • 直接引用不再使用编号,而是使用内存中地址进行访问具体的数据。



三、类的声明周期(初始化阶段)

  • 初始化阶段会执行静态代码块中的代码,并为静态变量赋值
  • 初始化阶段会执行字节码文件中clinit部分的字节码指令,其中cl是class的前两个字母,init就是初始化,所以这一部分的含义就是类的初始化。
  • 源码:
public class Demo4 {
    public static int value = 1;
    static {
        value = 2;
    }
    public static void main(String[] args) {
    }
}
  • 字节码:
iconst_1
putstatic #2 <com/jvmdemo/Demo4.value : I>
iconst_2
putstatic #2 <com/jvmdemo/Demo4.value : I>
return

iconst_1:将常量1放入操作数栈中

putstatic :从操作数栈中获取值设置到静态变量中(即设置value值为1)

iconst_2:将常量2放入操作数栈中

putstatic :从操作数栈中获取值设置到静态变量中(即设置value值为2)

  • clinit方法中的执行顺序与]ava中编写的顺序是一致的。
  • 以下几种方式会导致类的初始化:
  1. 访问一个类的静态变量或者静态方法,(注意:变量是final修饰的并且等号右边是常量不会触发初始化)
  2. 调用Class.forName(String className)
  3. new一个该类的对象时
  4. 执行Main方法的当前类
  • **添加-XX:TraceClassLoading参数可以打印出加载并初始化的类
  • 源码(未添加final修饰):
public class Demo4 {
    public static void main(String[] args) {
        int i = Demo5.i;
        System.out.println(i);
    }
}
class Demo5 {
    static {
        System.out.println("初始化了");
    }
    public static int i = 0;
}

  • 源码(添加final修饰):
public class Demo4 {
    public static void main(String[] args) {
        int i = Demo5.i;
        System.out.println(i);
    }
}
class Demo5 {
    static {
        System.out.println("初始化了");
    }
    public static final int i = 0;
}


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