Java中是如何加載類的

Java中是如何加載類的？針對這個問題，這篇文章詳細(xì)介紹了相對應(yīng)的分析和解答，希望可以幫助更多想解決這個問題的小伙伴找到更簡單易行的方法。

Java類加載全過程

一個java文件從被加載到被卸載這個生命過程，總共要經(jīng)歷4個階段：

加載->鏈接（驗證+準(zhǔn)備+解析）->初始化（使用前的準(zhǔn)備）->使用->卸載

其中加載（除了自定義加載）+鏈接的過程是完全由jvm負(fù)責(zé)的，什么時候要對類進(jìn)行初始化工作（加載+鏈接在此之前已經(jīng)完成了），jvm有嚴(yán)格的規(guī)定（四種情況）：

1.遇到new，getstatic，putstatic，invokestatic這4條字節(jié)碼指令時，加入類還沒進(jìn)行初始化，則馬上對其進(jìn)行初始化工作。其實就是3種情況：用new實例化一個類時、讀取或者設(shè)置類的靜態(tài)字段時（不包括被final修飾的靜態(tài)字段，因為他們已經(jīng)被塞進(jìn)常量池了）、以及執(zhí)行靜態(tài)方法的時候。

2.使用java.lang.reflect.*的方法對類進(jìn)行反射調(diào)用的時候，如果類還沒有進(jìn)行過初始化，馬上對其進(jìn)行。

3.初始化一個類的時候，如果他的父親還沒有被初始化，則先去初始化其父親。

4.當(dāng)jvm啟動時，用戶需要指定一個要執(zhí)行的主類（包含static void main(String[] args)的那個類），則jvm會先去初始化這個類。

以上4種預(yù)處理稱為對一個類進(jìn)行主動的引用，其余的其他情況，稱為被動引用，都不會觸發(fā)類的初始化。下面也舉了些被動引用的例子：

/** 
 * 被動引用情景1 
 * 通過子類引用父類的靜態(tài)字段，不會導(dǎo)致子類的初始化 
 * @author volador 
 * 
 */ 
class SuperClass{ 
  static{ 
    System.out.println("super class init."); 
  } 
  public static int value=123; 
} 
 
class SubClass extends SuperClass{ 
  static{ 
    System.out.println("sub class init."); 
  } 
} 
 
public class test{ 
  public static void main(String[]args){ 
    System.out.println(SubClass.value); 
  } 
   
} 

輸出結(jié)果是：super class init。

/** 
 * 被動引用情景2 
 * 通過數(shù)組引用來引用類，不會觸發(fā)此類的初始化 
 * @author volador 
 * 
 */ 
public class test{ 
  public static void main(String[] args){ 
    SuperClass s_list=new SuperClass[10]; 
  } 
} 

輸出結(jié)果：沒輸出

/** 
 * 被動引用情景3 
 * 常量在編譯階段會被存入調(diào)用類的常量池中，本質(zhì)上并沒有引用到定義常量類類，所以自然不會觸發(fā)定義常量的類的初始化 
 * @author root 
 * 
 */ 
class ConstClass{ 
  static{ 
    System.out.println("ConstClass init."); 
  } 
  public final static String value="hello"; 
} 
 
public class test{ 
  public static void main(String[] args){ 
    System.out.println(ConstClass.value); 
  } 
} 

輸出結(jié)果：hello（tip：在編譯的時候，ConstClass.value已經(jīng)被轉(zhuǎn)變成hello常量放進(jìn)test類的常量池里面了）

以上是針對類的初始化，接口也要初始化，接口的初始化跟類的初始化有點不同：

上面的代碼都是用static{}來輸出初始化信息的，接口沒法做到，但接口初始化的時候編譯器仍然會給接口生成一個<clinit>()的類構(gòu)造器，用來初始化接口中的成員變量，這點在類的初始化上也有做到。真正不同的地方在于第三點，類的初始化執(zhí)行之前要求父類全部都初始化完成了，但接口的初始化貌似對父接口的初始化不怎么感冒，也就是說，子接口初始化的時候并不要求其父接口也完成初始化，只有在真正使用到父接口的時候它才會被初始化（比如引用接口上的常量的時候啦）。

下面分解一下一個類的加載全過程：加載->驗證->準(zhǔn)備->解析->初始化

首先是加載：

    這一塊虛擬機要完成3件事：

        1.通過一個類的全限定名來獲取定義此類的二進(jìn)制字節(jié)流。

        2.將這個字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運行時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

        3.在java堆中生成一個代表這個類的java.lang.Class對象，作為方法區(qū)這些數(shù)據(jù)的訪問入口。

關(guān)于第一點，很靈活,很多技術(shù)都是在這里切入，因為它并沒有限定二進(jìn)制流從哪里來：

從class文件來->一般的文件加載

從zip包中來->加載jar中的類

從網(wǎng)絡(luò)中來->Applet

..........

相比與加載過程的其他幾個階段，加載階段可控性最強，因為類的加載器可以用系統(tǒng)的，也可以用自己寫的，程序猿可以用自己的方式寫加載器來控制字節(jié)流的獲取。

獲取二進(jìn)制流獲取完成后會按照jvm所需的方式保存在方法區(qū)中，同時會在java堆中實例化一個java.lang.Class對象與堆中的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來。

加載完成后就要開始對那些字節(jié)流進(jìn)行檢驗了（其實很多步驟是跟上面交叉進(jìn)行的，比如文件格式驗證）：

檢驗的目的：確保class文件的字節(jié)流信息符合jvm的口味，不會讓jvm感到不舒服。假如class文件是由純粹的java代碼編譯過來的，自然不會出現(xiàn)類似于數(shù)組越界、跳轉(zhuǎn)到不存在的代碼塊等不健康的問題，因為一旦出現(xiàn)這種現(xiàn)象，編譯器就會拒絕編譯了。但是，跟之前說的一樣，Class文件流不一定是從java源碼編譯過來的，也可能是從網(wǎng)絡(luò)或者其他地方過來的，甚至你可以自己用16進(jìn)制寫，假如jvm不對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗的話，可能一些有害的字節(jié)流會讓jvm完全崩潰。

檢驗主要經(jīng)歷幾個步驟：文件格式驗證->元數(shù)據(jù)驗證->字節(jié)碼驗證->符號引用驗證

文件格式驗證：驗證字節(jié)流是否符合Class文件格式的規(guī)范并 驗證其版本是否能被當(dāng)前的jvm版本所處理。ok沒問題后，字節(jié)流就可以進(jìn)入內(nèi)存的方法區(qū)進(jìn)行保存了。后面的3個校驗都是在方法區(qū)進(jìn)行的。

元數(shù)據(jù)驗證：對字節(jié)碼描述的信息進(jìn)行語義化分析，保證其描述的內(nèi)容符合java語言的語法規(guī)范。

字節(jié)碼檢驗：最復(fù)雜，對方法體的內(nèi)容進(jìn)行檢驗，保證其在運行時不會作出什么出格的事來。

符號引用驗證：來驗證一些引用的真實性與可行性，比如代碼里面引了其他類，這里就要去檢測一下那些來究竟是否存在；或者說代碼中訪問了其他類的一些屬性，這里就對那些屬性的可以訪問行進(jìn)行了檢驗。（這一步將為后面的解析工作打下基礎(chǔ)）

驗證階段很重要，但也不是必要的，假如說一些代碼被反復(fù)使用并驗證過可靠性了，實施階段就可以嘗試用-Xverify:none參數(shù)來關(guān)閉大部分的類驗證措施，以簡短類加載時間。

接著就上面步驟完成后，就會進(jìn)入準(zhǔn)備階段了：

這階段會為類變量（指那些靜態(tài)變量）分配內(nèi)存并設(shè)置類比那輛初始值的階段，這些內(nèi)存在方法區(qū)中進(jìn)行分配。這里要說明一下，這一步只會給那些靜態(tài)變量設(shè)置一個初始的值，而那些實例變量是在實例化對象時進(jìn)行分配的。這里的給類變量設(shè)初始值跟類變量的賦值有點不同，比如下面：

public static int value=123;

在這一階段，value的值將會是0，而不是123，因為這個時候還沒開始執(zhí)行任何java代碼，123還是不可見的，而我們所看到的把123賦值給value的putstatic指令是程序被編譯后存在于<clinit>()，所以，給value賦值為123是在初始化的時候才會執(zhí)行的。

這里也有個例外：

public static final int value=123;

這里在準(zhǔn)備階段value的值就會初始化為123了。這個是說，在編譯期，javac會為這個特殊的value生成一個ConstantValue屬性，并在準(zhǔn)備階段jm就會根據(jù)這個ConstantValue的值來為value賦值了。

完成上步后，就要進(jìn)行解析了。解析好像是對類的字段，方法等東西進(jìn)行轉(zhuǎn)換，具體涉及到Class文件的格式內(nèi)容，并沒深入去了解。

初始化過程是類加載過程的最后一步：

在前面的類加載過程中，除了在加載階段用戶可以通過自定義類加載器參與之外，其他的動作完全有jvm主導(dǎo)，到了初始化這塊，才開始真正執(zhí)行java里面的代碼。

這一步將會執(zhí)行一些預(yù)操作，注意區(qū)分在準(zhǔn)備階段，已經(jīng)為類變量執(zhí)行過一次系統(tǒng)賦值了。

其實說白了，這一步就是執(zhí)行程序的<clinit>()；方法的過程。下面我們來研究一下<clinit>()方法：

<clinit>()方法叫做類構(gòu)造器方法，有編譯器自動手機類中的所有類變量的賦值動作和靜態(tài)語句塊中的語句合并而成的，置于他們的順序與在源文件中排列的一樣。

<clinit>();方法與類構(gòu)造方法不一樣，他不需要顯示得調(diào)用父類的<clinit>();方法，虛擬機會保證子類的<clinit>();方法在執(zhí)行前父類的這個方法已經(jīng)執(zhí)行完畢了，也就是說，虛擬機中第一個被執(zhí)行的<clinit>()；方法肯定是java.lang.Object類的。

下面來個例子說明一下：

static class Parent{ 
  public static int A=1; 
  static{ 
    A=2; 
  } 
} 
static class Sub extends Parent{ 
  public static int B=A; 
} 
public static void main(String[] args){ 
  System.out.println(Sub.B); 
} 

首先Sub.B中對靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行了引用，Sub類要進(jìn)行初始化了。同時，其父類Parent要先進(jìn)行初始化動作。Parent初始化后，A=2，所以B=2；上個過程相當(dāng)于：

static class Parent{ 
  <clinit>(){ 
    public static int A=1; 
    static{ 
      A=2; 
    } 
  } 
} 
static class Sub extends Parent{ 
  <clinit>(){ //jvm會先讓父類的該方法執(zhí)行完在執(zhí)行這里 
  public static int B=A; 
  } 
} 
public static void main(String[] args){ 
  System.out.println(Sub.B); 
} 

<clinit>();方法對類跟接口來說不是必須的，加入類或者接口中沒有對類變量進(jìn)行賦值且沒有靜態(tài)代碼塊，<clinit>()方法就不會被編譯器生成。

由于接口里面不能存在static{}這種靜態(tài)代碼塊，但仍然可能存在變量初始化時的變量賦值操作，所以接口里面也會生成<clinit>()構(gòu)造器。但跟類的不同的是，執(zhí)行子接口的<clinit>();方法前并不需要執(zhí)行父接口的<clinit>();方法，當(dāng)父接口中定義的變量被使用時，父接口才會被初始化。

另外，接口的實現(xiàn)類在初始化的時候也一樣不會執(zhí)行接口的<clinit>()；方法。

另外，jvm會保證一個類的<clinit>();方法在多線程環(huán)境下能被正確地加鎖同步。<因為初始化只會被執(zhí)行一次>。

下面用個例子說明一下：

public class DeadLoopClass { 
 
  static{ 
    if(true){ 
    System.out.println("要被 ["+Thread.currentThread()+"] 初始化了,下面來一個無限循環(huán)"); 
    while(treu){}   
    } 
  } 
   
  /** 
   * @param args 
   */ 
  public static void main(String[] args) { 
    // TODO Auto-generated method stub 
    System.out.println("toplaile"); 
    Runnable run=new Runnable(){ 
 
      @Override 
      public void run() { 
        // TODO Auto-generated method stub 
        System.out.println("["+Thread.currentThread()+"] 要去實例化那個類了"); 
        DeadLoopClass d=new DeadLoopClass(); 
        System.out.println("["+Thread.currentThread()+"] 完成了那個類的初始化工作"); 
         
      }}; 
       
      new Thread(run).start(); 
      new Thread(run).start(); 
  } 
 
} 

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