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  • Java虚拟机加载类

    Java虚拟机是如何加载Java类的

    Java虚拟机加载Java类总共需要经过3步:加载-----链接-----初始化。Java语言的类型可以分为两大类:基本类型和引用类型。基本类型是有Java虚拟机预先定义好的。引用数据类型可以细分为类、接口、数组类、泛型参数,泛型参数在编译期间会被擦除,因此Java虚拟机负责的只有三种,并且数组类是有Java虚拟机直接生成的,只有类和接口有相应的字节流。

    最常见的字节流形式是由Java编译器生成的class文件,。除此之外,我们也可以在程序内部直接生成,或者从网络中获取(例如网页中内嵌的小程序 Java applet)字节流。这些不同形式的字节流,都会被加载到Java虚拟机中,成为类和接口。

    但是无论是直接生成的数组类,还是加载的类,Java虚拟机都需要对它进行连接和初始化。

    加载

    加载是指查找字节流,并根据字节流创建对象的过程。如何查找字节流呢?Java虚拟机借助了类加载器来完成这个过程。

    启动类加载器是Java类加载器的祖先,是由 C++ 实现的,没有对应的 Java 对象,因此在 Java 中只能用null 来指代。除了它之外,其他的类加载器都是java.lang.ClassLoader的子类,因此有对应的Java对象,这些类加载器都需要另一个加载器(比方说启动类加载器)加载至Java虚拟机中才能执行。

    Java虚拟机中存在一个双亲委派模型,也就是当一个类加载器接收到加载请求的时候,会将请求先转发给父类加载器,父类加载器没有找到所请求的类的情况下,该类加载器才会尝试去加载。

    在 Java 9 之前,启动类加载器负责加载最为基础、最为重要的类,比如存放在 JRE 的 lib 目录下 jar 包中的类(以及由虚拟机参数 -Xbootclasspath 指定的类)。除了启动类加载器之外,另外两个重要的类加载器是扩展类加载器(extension class loader)和应用类加载器(application class loader),均由 Java 核心类库提供。

    扩展类加载器的父类加载器是启动类加载器。它负责加载相对次要、但又通用的类,比如存放在JRE 的 lib/ext 目录下 jar 包中的类(以及由系统变量 java.ext.dirs 指定的类)。

    应用类加载器的父类加载器则是扩展类加载器。它负责加载应用程序路径下的类。(这里的应用程序路径,便是指虚拟机参数 -cp/-classpath、系统变量 java.class.path 或环境变量CLASSPATH 所指定的路径。)默认情况下,应用程序中包含的类便是由应用类加载器加载的。

    Java9引入模块系统,扩展类加载器改名为平台类加载器。Java SE 中除了少数几个关键模块,比如说 java.base 是由启动类加载器加载之外,其他的模块均由平台类加载器所加载。

    在 Java 虚拟机中,类的唯一性是由类加载器实例以及类的全名一同确定的。即便是同一串字节流,经由不同的类加载器加载,也会得到两个不同的类。

    链接

    链接,是指将创建成的类合并至 Java 虚拟机中,使之能够执行的过程。它可分为验证、准备以及解析三个阶段。

    验证阶段的目的是确保加载类能够满足Java虚拟机的约束条件,通常而言,Java编译器生成的类文件必然满足Java虚拟机的约束条件。

    准备阶段的目的是为加载类的静态字段分配内存。Java代码对静态字段的具体初始化会在初始化阶段完成。部分 Java 虚拟机还会在此阶段构造其他跟类层次相关的数据结构,比如说用来实现虚方法的动态绑定的方法表。

    在 class 文件被加载至 Java 虚拟机之前,这个类无法知道其他类及其方法、字段所对应的具体地址,甚至不知道自己方法、字段的地址。因此,每当需要引用这些成员时,Java 编译器会生成一个符号引用。解析阶段的目的,正是将这些符号引用解析成为实际引用。如果符号引用指向一个未被加载的类,或者未被加载类的字段或方法,那么解析将触发这个类的加载。

    Java 虚拟机规范并没有要求在链接过程中完成解析。它仅规定了:如果某些字节码使用了符号引用,那么在执行这些字节码之前,需要完成对这些符号引用的解析。

    初始化

    在 Java 代码中,如果要初始化一个静态字段,可以在声明时直接赋值,也可以在静态代码块中对其赋值。

    如果直接赋值的静态字段被 final 所修饰,并且它的类型是基本类型或字符串时,那么该字段便会被 Java 编译器标记成常量值(ConstantValue),其初始化直接由 Java 虚拟机完成。除此之外的直接赋值操作,以及所有静态代码块中的代码,则会被 Java 编译器置于同一方法中,并把它命名为

    类加载的最后一步是初始化,便是为标记为常量值的字段赋值,以及执行方法的过程。Java 虚拟机会通过加锁来确保类的方法仅被执行一次。只有当初始化完成之后,类才正式成为可执行的状态。

    类的初始化何时会被触发呢?

    • 当虚拟机启动时,初始化用户指定的主类;

    • 当遇到用以新建目标类实例的 new 指令时,初始化 new 指令的目标类;

    • 当遇到调用静态方法的指令时,初始化该静态方法所在的类;

    • 当遇到访问静态字段的指令时,初始化该静态字段所在的类;

    • 子类的初始化会触发父类的初始化;

    • 如果一个接口定义了 default 方法,那么直接实现或者间接实现该接口的类的初始化,会触发该接口的初始化;

    • 使用反射 API 对某个类进行反射调用时,初始化这个类;

    • 当初次调用 MethodHandle 实例时,初始化该 MethodHandle 指向的方法所在的类。

      public class Singleton {
      private Singleton() {}
      private static class LazyHolder {
      static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
      }
      public static Singleton getInstance() {
      return LazyHolder.INSTANCE;
      }
      }

    只有当调用Singleton.getInstance 时,程序才会访问 LazyHolder.INSTANCE,才会触发对 LazyHolder的初始化(对应第 4 种情况),继而新建一个 Singleton 的实例。

    总结

    Java 虚拟机将字节流转化为 Java 类的过程。这个过程可分为加载、链接以及初

    始化三大步骤。

    加载是指查找字节流,并且据此创建类的过程。加载需要借助类加载器,在 Java 虚拟机中,类加载器使用了双亲委派模型,即接收到加载请求时,会先将请求转发给父类加载器。

    链接,是指将创建成的类合并至 Java 虚拟机中,使之能够执行的过程。链接还分验证、准备和解析三个阶段。其中,解析阶段为非必须的。

    初始化,则是为标记为常量值的字段赋值,以及执行方法的过程。类的初始化仅会被执行一次,这个特性被用来实现单例的延迟初始化。

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/wadmwz/p/9417235.html
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