【Java虚拟机规范】JVM类加载机制

作者：threedayman

来源：恒生LIGHT云社区

理论知识

一个类型从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期将会经历加载（Loading）、验证（Verification）、准备（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）、使用（Using）和卸载（Unloading）七个阶段，其中验证、准备、解析三个部分统称为连接（Linking）。

《Java虚拟机规范》严格规定了有且只有六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）。

• 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这四条字节码指令时，如果类型没有进行过初始化，则需要先触发其初始化

使用new关键字实例化对象的时候。

读取或设置一个类型的静态字段(被final修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外)。

调用一个类型的静态方法的时候。

• 使用java.lang.reflect包的方法对类型进行反射调用的时候，如果类型没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
• 当初始化类的时候，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JDK 7新加入的动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果为REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic、REF_newInvokeSpecial四种类型的方法句柄，并且这个方法句柄对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
• 当一个接口中定义了JDK 8新加入的默认方法（被default关键字修饰的接口方法）时，如果有这个接口的实现类发生了初始化，那该接口要在其之前被初始化。

加载(Loading)

• 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。
• 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

• 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。
• 元数据验证，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。
• 字节码验证，验证程序语义是合法的、符合逻辑的。
• 符号引用验证，验证是否缺少或者被禁止访问它依赖的某些外部类、方法、字段等资源，发生在将符号引用转换为直接引用得过程–解析阶段中发生。

准备

为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段。

解析

Java虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。

初始化

进行准备阶段时，变量已经赋过一次系统要求的初始零值，而在初始化阶段，则会根据程序员通
过程序编码制定的主观计划去初始化类变量和其他资源。

实例讲解

JVM在什么时候会去加载我们得类呢？从实用得角度出发，就是在代码中用到这个类得时候。举个例子,比如下面你有一个类（UserService.class），里面有一个“main()”方法作为主入口。那么一旦你的JVM进程启动之后，它一定会先把你的这个类（UserService.cass）加载到内存里，然后从“main()”方法的入口代码开始执行。

public class UserService {
    public static void main(String[] args) {
    }
}

接着我们加上如下代码

public class UserService {
    public static void main(String[] args) {
        CarManager carManager = new CarManager();
    }
}

大家可以看到程序需要使用到CarManager，此时就会触发JVM加载CarManager到内存里来使用。

验证

简单来说，这一步就是根据Java虚拟机规范，来校验你加载进来的“.class”文件中的内容，是否符合指定的规范。以免class文件损坏或者被修改后不符合规范导致得JVM执行不了这个字节码。

准备

准备阶段会为类分配内存空间，给类变量分配空间并赋一个初始值。

public class UserService {
    private static int age;
}

在准备阶段中会给age变量赋初始值0。

解析

将符号引用替换为直接引用

初始化

我们先看下如下代码，我们在什么时候通过Configuration.getConfiguration("sys.user.age")获取到值并且赋值给age？

public class UserService {
    private static int age = Configuration.getConfiguration("sys.user.age");
}

答案就是初始化阶段我们会进行Configuration.getConfiguration("sys.user.age")值获取并且赋值给age这个类变量。

以上就是本期内容，期待小伙伴们一起学习类加载机制，在评论区沟通交流。

参考

《深入理解java虚拟机》

救火队长-JVM专栏