Java虚拟机规范中并没有进行强制约束类加载时机,这点可以交给虚拟机的具体实现来自由把握。但是对于初始化阶段,虚拟机规范则是严格规定了有且只有5种情况必须立即对类进行“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、invokestatic这4条字节码指令时。生成这4条指令最常见的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包方法对类进行反射调用的时候。
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()的那个类),虚拟机会先初始化这个主类。
5.当使用JDK 1.7的动态语言支持时,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,则需要先触发这个方法句柄所对应的类的初始化。
四 类加载过程接下来我们详细讲解一下Java虚拟机中类加载的全过程,也就是加载、验证、准备、解析和初始化这5个阶段所执行的具体动作。
4.1 加载加载阶段是类加载过程的第一个阶段。在这个阶段,JVM的主要目的是将字节码从各个位置(网络、磁盘等)转化为二进制字节流加载到内存中,接着会为这个类在JVM的方法区创建一个对应的 Class 对象,这个 Class对象就是这个类各种数据的访问入口。
分开来说加载阶段主要做了三件事。
1.通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。
2.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。
3.在内存中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。
验证是连接阶段的第一步,这一阶段的目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求,并且不会危害虚拟机——class文件是否符合Java规范,代码是否逻辑正确。
主要有4个验证动作:
1.文件格式验证:验证字节流是否符合Class文件格式的规范,并且能被当前版本的虚拟机处理。(这阶段的验证是基于二进制字节流进行的,只有通过了这个阶段的验证后,字节流才会进入内存的方法区中进行存储,所以后面的3个验证阶段全部是基于方法区的存储结构进行的,不会再直接操作字节流。)
2.元数据验证:是对字节码描述的信息进行语义分析,以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求。简单来说就是验证类的元数据信息是否符合Java规范。
3.字节码验证:会对代码组成的数据流和控制流进行校验,验证程序语义是否合法、符合逻辑。
4.符号引用验证:发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候,这个转化动作将
在连接的第三阶段——解析阶段中发生。
当完成字节码文件的校验之后,JVM便会开始为类变量分配内存并初始化。这里需要注意两个关键点,即内存分配的对象以及初始化的类型。(也是面试题中经常考的内容)
****内存分配的对象**。Java中的变量有「类变量」和「类成员变量」两种类型,「类变量」指的是被 static 修饰的变量,而其他所有类型的变量都属于「类成员变量」。在准备阶段,JVM 只会为「类变量」分配内存,而不会为「类成员变量」分配内存。「类成员变量」的内存分配需要等到初始化阶段才开始。
初始化的类型。在准备阶段,JVM会为类变量分配内存,并为其初始化。但是这里的初始化指的是为变量赋予 Java 语言中该数据类型的零值,而不是用户代码里初始化的值。
例如下面的代码在准备阶段之后,sector 的值将是 0,而不是 3。
但有一点例外。如果一个变量是常量(被 static final修饰)的话,那么在准备阶段,属性便会被赋予用户希望的值。
例如下面的代码在准备阶段之后,number 的值将是 3,而不是 0。
当通过准备阶段之后,JVM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 类引用进行解析。这个阶段的主要任务是将其在常量池中的符号引用替换成直接其在内存中的直接引用。
其实这个阶段对于我们来说也是几乎透明的,了解一下就好。
4.5 初始化到这一步JVM才开始执行我们编写的Java代码,按照一定的顺序,依次执行静态代码。
具体顺序如下:
静态属性:static 开头定义的属性
静态方法块: static {} 圈起来的方法块