Class 加載鏈接、初始化姐仅、實例化

本文主要描述了Dalvik虛擬機中 Class加載到實例化過程花枫。文中不貼代碼,因為代碼處理有些繁瑣掏膏。將代碼的操作過程全部抽象成圖劳翰,理解起來更加直觀。

1 Odex文件布局

  • Java層創(chuàng)建ClassLoad并加載一個DexFile馒疹,Native層返回DexOrJar對象指針佳簸,表示 map 映射后的DexFile
  • DexFile對象中保存了map 后的 Odex 文件索引信息,在解析odex文件中 Class 時候需通過該對象來獲取 Class 的具體信息
odex文件格式.png

2 類加載、鏈接生均、初始化

  • 加載:dalvik虛擬機分配ClassObject結(jié)構體表示一個成功加載的類听想,并從OdexFile中解析 Class 的相關信息:接口,方法马胧,成員變量汉买,靜態(tài)成員等。
  • 鏈接:根據(jù)加載階段獲取到的類的成員信息進行鏈接操作佩脊,包括遞歸加載父類蛙粘,實現(xiàn)的接口,并創(chuàng)建虛函數(shù)表威彰,接口函數(shù)訪問表出牧,并調(diào)整實例成員的布局(為了對齊,緊湊)歇盼,計算實例的大小舔痕。
  • 初始化:初始化推遲到實例對象或者第一次使用類的靜態(tài)成員才進行,包括驗證類豹缀,優(yōu)化方法伯复,遞歸初始化父類,初始化靜態(tài)成員變量耿眉,執(zhí)行靜態(tài)代碼塊等操作边翼。
類實例化過程各個.png

如上圖“橙色”框表示了類在加載–>初始化的各個狀態(tài)鱼响。要真正實例化一個類對象鸣剪,該類的狀態(tài)必須已經(jīng)完成 load, link, init三個階段,也即處于“CLASS_INITIALIZED"狀態(tài)丈积,該狀態(tài)字段保存于ClassObject中筐骇。

2.1 類加載、鏈接

ClassObject在Load江滨,Link完成工作如下圖表示:

  • 創(chuàng)建虛函數(shù)表vtable铛纬,上部分繼承自父類。當有覆蓋方法時唬滑,直接將Method指針指向當前類的Method對象即可告唆;
  • 非實例方法由directMethods數(shù)組表示;
  • Iftable表示所有接口入口晶密,每個接口對應的方法都在ifvPool數(shù)組中連續(xù)表示擒悬。ifvPool中保存的是vtable數(shù)組的索引。因此稻艰,方法通過ifvPool間接映射到Method中懂牧;
  • super保存父類指針;
  • interface保存接口指針尊勿;
  • sfields[]中保存靜態(tài)成員變量的信息僧凤,在Load階段獲取畜侦,并且分配好空間,在init階段初始化躯保;
  • objectSize是真正實例一個對象旋膳,在dalvik堆中的大小,包括繼承自父類的大小途事,4字節(jié)對齊溺忧;
  • status 保存了該類處于的狀態(tài)。
鏈接_初始化.png

2.2 類初始化

類初始化(init)主要由2個階段完成:

2.2.1 階段一

在init階段盯孙,虛擬機首先對類進行檢查,主要是對類方法所有指令鲁森,包括參數(shù),返回值振惰,方法體歌溉。
(1)方法參數(shù)檢查
參數(shù)中如果是類類型,則會檢查類是否已經(jīng)初始化骑晶,否則觸發(fā)ClassLoad流程痛垛,加載并出示該類。如果加載失敗桶蛔,則用Object代替匙头。如果連Object類(虛擬機啟動階段加載)都找不到,那直接報錯返回仔雷,類初始化失敗蹂析。
(2)方法指令檢查
實例化、用類靜態(tài)成員指令(如:new-instance, sget, sput, invoke-static)碟婆,類型轉(zhuǎn)換(check-cast)电抚,類型判斷(instancd-of)指令。虛擬機判斷類是否已經(jīng)初始化該類竖共,否則觸發(fā)ClassLoad加載并初始化該類蝙叛。另外,如果加載類失敗公给,虛擬機會將對應指令替換為OP_THOROW_VERIFICATION_ERROR指令借帘,當虛擬機真正執(zhí)行到這條指令時,即拋找不到類的異常淌铐;
(3)返回指令檢查
即返回指令(return-object)肺然,若檢查到返回的類沒有初始化,則觸發(fā)ClassLoad加載該類匣沼。失敗的話狰挡,則用類Object替換。
在完成所有指令的檢查后,虛擬機還會針對一些訪問volitile加叁, final修飾成員的指令進行優(yōu)化倦沧,主要是替換成虛擬機內(nèi)部的指令,提高性能它匕。
檢查父類是否已經(jīng)正常初始化展融,否則遞歸初始化父類。
最后豫柬,初始化靜態(tài)域告希,執(zhí)行靜態(tài)代碼塊,完成類的初始化烧给。到這個階段燕偶,就可以開始使用這個類了,如其靜態(tài)成員础嫡,實例化對象指么。引起類初始化4條典型指令:

  • 反射機制newInstance;
  • new關鍵字榴鼎;
  • 首次引用類靜態(tài)變量伯诬,sget/sput;
  • 首次引用類靜態(tài)方法巫财,invoke-static盗似;
    虛擬機在執(zhí)行到上面4條指令,都會先判斷類是否已經(jīng)初始化平项,否則會觸發(fā)類的加載初始化赫舒,失敗則拋ClassNotFound的異常。newInstance葵礼,new貼一張圖說明号阿,反射機制流程請參考本文前面并鸵。
類實例化.png

2.2.2 階段二

找到類的初始化方法“<clinit>”由 靜態(tài)域初始化操作鸳粉,靜態(tài)代碼塊組成,然后執(zhí)行"<clinit>”初始化方法园担,對類的靜態(tài)域進行初始化届谈。

2.2.3 “階段一”不是必須的

類始化過程中的“階段二”是必須的,但階段一需要試情況而定弯汰。
分2種情況來看待艰山。加載dex文件時,會進行opt操作咏闪,其中一個dvmVerifyClass()的操作曙搬,該操作主要針對dex中每個類中引用的類是否在同一個dex文件中進行檢查:

  1. 若該類引用到了不再當前dex文件中的類,則accessFlags中不會打上CLASS_ISPREVERIFIED的標記,表示該類還沒verify纵装,在真正初始化該類時征讲,會觸發(fā)verify的操作。這種情況下橡娄,類的初始化則需經(jīng)歷“階段一”诗箍,“階段二”兩個操作。
  2. 若該類內(nèi)部引用到的類都在當前的dex文件中挽唉,則會在odex的accessFlags中打上CLASS_ISPREVERIFIED的標記滤祖,表示該類已verify過了,在真正初始化該類時瓶籽,不需要再做verify操作匠童。類的初始化則需要“階段二”的操作即可。

3 實例化

類的實例化主要分2個步驟:

  1. 在虛擬機堆分配實例對象的空間塑顺;
  2. 執(zhí)行構造函數(shù)對實例成員進行初始化(編譯生成的構造函數(shù)執(zhí)行順序為:父類構造最前俏让,其次是實例變量初始化指令,最后是程序員寫的構造函數(shù)代碼)茬暇。

4 總結(jié)

dalvik虛擬機類加載流程可分為2個大過程:

  1. 構造DexFile對象表示一個加載并且解析后的Dex文件首昔;
  2. 構造ClassObject對象表示虛擬機成功加載的類。

在實例化或引用引用類的靜態(tài)成員糙俗,都有時機觸發(fā)ClassLoad去加載尚未加載的類:

  1. 父類勒奇,接口在加載階段會遞歸加載;
  2. 若該類還沒verify巧骚,則 類的“方法參數(shù)”赊颠、“方法體中”、“返回值” 引用到的類都會在當前類初始化階段加載(實例變量在構造方法中劈彪、靜態(tài)成員在<clinit>方法中)竣蹦;
  3. 初始化階段會遞歸先初始化父類。

類在虛擬機內(nèi)有9個生命期狀態(tài)沧奴,主要分4個階段:初始階段痘括,load,link滔吠,init纲菌。總之疮绷,在我們能夠真正使用這個類的時候翰舌,類的狀態(tài)會必須是在:CLASS_INITIALIZED狀態(tài),表示這個類已經(jīng)初始化完成了冬骚。


類狀態(tài).png
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