JVM学习4--类装载、生命周期

一、类的生命周期

　　首先要明确，类的生命周期是有五个阶段，而我们平时所说的类加载或者类装载，是指前三个阶段，即：加载、连接、初始化。

二、类装载概述

　　在这块，大体上讲一下类装载的概念，然后有几个demo，产生的现象我们在细说加载、连接、初始化三个阶段时解释。

　　类装载的条件： Class只有在被使用的时候才会被装载，Java虚拟机不会无条件地装载Class。Java虚拟机规定，一个类或接口被使用之前一定要进行初始化。这里的“使用”，指的是直接使用，也称直接引用，直接引用有以下几种情况：

•  当创建一个类的实例时，比如new，或者用过反射、克隆、类序列化。
•  当调用类的静态方法时，即当使用了字节码invokestatic指令。
•  当使用类或接口的静态字段时（final常量除外），比如，使用getstatic或者putstatic指令。
•  当使用java.lang.reflect包中的方法反射类的方法时。
•  当初始化子类时，要求先初始化父类。
•  作为启动虚拟机，含有main()方法的那个类。

　　例①  是一个直接引用和间接引用的例子：

class Parent{
    static {
        System.out.println("Parent init");
    }
    public static int v = 100;
}

class Child extends Parent{
    static {
        System.out.println("Child init");
    }
}

public class IndirectReferencing {
    public static void main(String[] args) {
        // 直接引用（父类会先初始化，子类也会初始化）
        // 如果两步不分开执行，父类也只会初始化一次，这是ClassLoader做的保障，下面会提到
        Child child = new Child();

        //间接引用（子类不会初始化）
        System.out.println(Child.v);
    }
}

　　例②  引用常量也不会引起初始化：

class FinalField{
    public static final String cons = "CONST";
    static {
        System.out.println("FinalField init");
    }
}

public class UseConstant {
    public static void main(String[] args) {
        // FinalField类不会初始化
        System.out.println(FinalField.cons);
    }
}

　　我们可以在运行程序时加上-XX:+TraceClassLoading参数观察类的加载情况：

　　例① 间接引用的情况：可以看到子类没有被初始化，但是子类其实也被加载进来了，这就是类生命周期第三阶段初始化的特点：直接引用初始化，间接引用不初始化。

　　　　[Loaded JvmTest.ClassLoaderT.Parent from file:/D:/IntelliJ-idea/experiment/out/production/experiment/]
　　　　[Loaded JvmTest.ClassLoaderT.Child from file:/D:/IntelliJ-idea/experiment/out/production/experiment/]
　　　　Parent init
　　　　100
　　　　[Loaded java.lang.Shutdown from C:Program FilesJavajdk1.8.0_144jrelib t.jar]

　　例②  可以发现这次FinalField都没有加载，那么我们可以看出一个事情，类就算不加载，常量依然可以使用，这是为什么呢？下面说连接阶段细说。

　　　　[Loaded java.lang.Void from C:Program FilesJavajdk1.8.0_144jrelib t.jar]
　　　　CONST
　　　　[Loaded java.lang.Shutdown from C:Program FilesJavajdk1.8.0_144jrelib t.jar]

　　也可以用字节码观察一下程序，javap -c xxx.class javap -verbose xxx.class ：

　　例② 

public class JvmTest.ClassLoaderT.UseConstant {
  public JvmTest.ClassLoaderT.UseConstant();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
       3: ldc           #4                  // String CONST
       5: invokevirtual #5                  // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
       8: return
}

　　观察main函数，使用了ldc，在字节码偏移3的位置，将常量池第4项入栈，在这里第四项是：

　　 #4 = String             #25            // CONST

　　可以看到，在编译后的UseConstant类中，并没有引用FinalField类，而是直接把常量存到了常量池中，所以FinalField自然不会加载。

三、类装载之加载阶段

　　加载类处于类装载的第一阶段。在加载类时，JVM完成了以下工作：

1.  通过类的全名，获得类的二进制数据流。
2.  解析类的二进制流为方法区内的数据结构。
3.  创建java.lang.Class类的实例，表示该类型。

　　在获得到类的二进制信息后，java虚拟机就会处理这些数据，最终转换为一个java.lang.Class的实例，java.lang.Class实例是访问类型元数据的接口，也是实现反射的关键数据。通过Class类提供的接口，可以访问一个类型的方法、字段等信息。例子：Class.forname("java.lang.String")

四、 类装载之连接阶段

　　1. 验证：目的是保证加载的字节码是合法、合理并符合规范的。

　  

　　2. 准备：虚拟机为类分配相应的内存空间，并设置初始值。

　　final常量，直接就被赋值了。

　　static普通静态变量，准备阶段只赋默认的初始值，在clinit中才会被设置为制定个值。例如:

　　public static int v = 1; 准备阶段v被设置为0，clinit（初始化阶段）中设置为1。

　　回答上面例2的疑问，为什么FinalField没有被加载呢？

　　　　因为在连接阶段，常量可以直接被赋值，因此，FinalField类根本没被引用（直接引用或间接引用），自然不会被加载。

　　3. 解析类： 将类、接口、字段、方法的符号引用转为直接引用

　　　　在程序实际运行时，只有符号引用是不够的，例如当println()方法被调用时，系统需要明确知道该方法中的位置。以方法为例，Java虚拟机为每个类都准备了一张方法表，将其所有的方法都列在表中，当需要调用一个方法时，只要知道这个方法在方法表中的偏移量就可以直接调用该方法。通过解析操作，符号引用就可以转变为目标方法在类中方法表中的位置，从而使得方法被成功调用。可以说，如果直接引用存在，那么可以肯定系统中存在该类、方法、或者字段，但只存在符号引用，不能确定系统中一定存在该对象。

　　

四、类装载之初始化阶段

　　初始化是类装载的最后一个阶段。此时，类才会开始执行Java字节码。初始化阶段的重要工作是执行类的初始化方法<clinit>。方法<clinit>是由编译器自动生成的，它是由静态成员变量的赋值语句以及static语句块合并产生的。