簡書 占小狼
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前言

Java源代碼被編譯成class字節(jié)碼良蒸，最終需要加載到虛擬機(jī)中才能運(yùn)行技扼。整個生命周期包括：加載、驗(yàn)證嫩痰、準(zhǔn)備剿吻、解析、初始化始赎、使用和卸載7個階段和橙。

加載

1、通過一個類的全限定名獲取描述此類的二進(jìn)制字節(jié)流造垛；
2魔招、將這個字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲結(jié)構(gòu)保存為方法區(qū)的運(yùn)行時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；
3五辽、在java堆中生成一個代表這個類的java.lang.Class對象办斑，作為訪問方法區(qū)的入口；

虛擬機(jī)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)把加載動作放到JVM外部實(shí)現(xiàn)杆逗，以便讓應(yīng)用程序決定如何獲取所需的類乡翅，實(shí)現(xiàn)這個動作的代碼稱為“類加載器”，JVM提供了3種類加載器：
1罪郊、啟動類加載器（Bootstrap ClassLoader）：負(fù)責(zé)加載 JAVA_HOME\lib 目錄中的蠕蚜，或通過-Xbootclasspath參數(shù)指定路徑中的，且被虛擬機(jī)認(rèn)可（按文件名識別悔橄，如rt.jar）的類靶累。
2、擴(kuò)展類加載器（Extension ClassLoader）：負(fù)責(zé)加載 JAVA_HOME\lib\ext 目錄中的癣疟，或通過java.ext.dirs系統(tǒng)變量指定路徑中的類庫挣柬。
3、應(yīng)用程序類加載器（Application ClassLoader）：負(fù)責(zé)加載用戶路徑（classpath）上的類庫睛挚。

JVM基于上述類加載器邪蛔，通過雙親委派模型進(jìn)行類的加載，當(dāng)然我們也可以通過繼承java.lang.ClassLoader實(shí)現(xiàn)自定義的類加載器扎狱。

雙親委派模型工作過程：當(dāng)一個類加載器收到類加載任務(wù)侧到，優(yōu)先交給其父類加載器去完成勃教，因此最終加載任務(wù)都會傳遞到頂層的啟動類加載器，只有當(dāng)父類加載器無法完成加載任務(wù)時床牧，才會嘗試執(zhí)行加載任務(wù)荣回。

雙親委派模型有什么好處？
比如位于rt.jar包中的類java.lang.Object戈咳，無論哪個加載器加載這個類，最終都是委托給頂層的啟動類加載器進(jìn)行加載壕吹，確保了Object類在各種加載器環(huán)境中都是同一個類著蛙。

驗(yàn)證

為了確保Class文件符合當(dāng)前虛擬機(jī)要求，需要對其字節(jié)流數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證耳贬，主要包括格式驗(yàn)證踏堡、元數(shù)據(jù)驗(yàn)證、字節(jié)碼驗(yàn)證和符號引用驗(yàn)證咒劲。

1. 格式驗(yàn)證
   驗(yàn)證字節(jié)流是否符合class文件格式的規(guī)范顷蟆，并且能被當(dāng)前虛擬機(jī)處理，如是否以魔數(shù)0xCAFEBABE開頭腐魂、主次版本號是否在當(dāng)前虛擬機(jī)處理范圍內(nèi)帐偎、常量池是否有不支持的常量類型等。只有經(jīng)過格式驗(yàn)證的字節(jié)流蛔屹，才會存儲到方法區(qū)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)削樊，剩余3個驗(yàn)證都基于方法區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行。

• 元數(shù)據(jù)驗(yàn)證
  對字節(jié)碼描述的數(shù)據(jù)進(jìn)行語義分析兔毒，以保證符合Java語言規(guī)范漫贞，如是否繼承了final修飾的類、是否實(shí)現(xiàn)了父類的抽象方法育叁、是否覆蓋了父類的final方法或final字段等迅脐。
• 字節(jié)碼驗(yàn)證
  對類的方法體進(jìn)行分析，確保在方法運(yùn)行時不會有危害虛擬機(jī)的事件發(fā)生豪嗽，如保證操作數(shù)棧的數(shù)據(jù)類型和指令代碼序列的匹配谴蔑、保證跳轉(zhuǎn)指令的正確性、保證類型轉(zhuǎn)換的有效性等昵骤。
• 符號引用驗(yàn)證
  為了確保后續(xù)的解析動作能夠正常執(zhí)行树碱，對符號引用進(jìn)行驗(yàn)證，如通過字符串描述的全限定名是都能找到對應(yīng)的類变秦、在指定類中是否存在符合方法的字段描述符等成榜。

準(zhǔn)備

在準(zhǔn)備階段，為類變量（static修飾）在方法區(qū)中分配內(nèi)存并設(shè)置初始值蹦玫。

private static int var = 100;

準(zhǔn)備階段完成后赎婚，var 值為0刘绣，而不是100。在初始化階段挣输，才會把100賦值給val纬凤，但是有個特殊情況：

private static final int VAL= 100;

在編譯階段會為VAL生成ConstantValue屬性，在準(zhǔn)備階段虛擬機(jī)會根據(jù)ConstantValue屬性將VAL賦值為100撩嚼。

解析

解析階段是將常量池中的符號引用替換為直接引用的過程停士，符號引用和直接引用有什么不同？
1完丽、符號引用使用一組符號來描述所引用的目標(biāo)恋技，可以是任何形式的字面常量，定義在Class文件格式中逻族。
2蜻底、直接引用可以是直接指向目標(biāo)的指針、相對偏移量或則能間接定位到目標(biāo)的句柄聘鳞。

初始化

初始化階段是執(zhí)行類構(gòu)造器<clinit>方法的過程薄辅，<clinit>方法由類變量的賦值動作和靜態(tài)語句塊按照在源文件出現(xiàn)的順序合并而成，該合并操作由編譯器完成抠璃。

    private static int value = 100;
    static int a = 100;
    static int b = 100;
    static int c;

    static {
        c = a + b;
        System.out.println("it only run once");
    }

1站楚、<clinit>方法對于類或接口不是必須的，如果一個類中沒有靜態(tài)代碼塊鸡典，也沒有靜態(tài)變量的賦值操作源请，那么編譯器不會生成<clinit>；
2彻况、<clinit>方法與實(shí)例構(gòu)造器不同谁尸，不需要顯式的調(diào)用父類的<clinit>方法，虛擬機(jī)會保證父類的<clinit>優(yōu)先執(zhí)行纽甘；
3良蛮、為了防止多次執(zhí)行<clinit>驯击，虛擬機(jī)會確保<clinit>方法在多線程環(huán)境下被正確的加鎖同步執(zhí)行弥鹦，如果有多個線程同時初始化一個類，那么只有一個線程能夠執(zhí)行<clinit>方法芍瑞，其它線程進(jìn)行阻塞等待左权，直到<clinit>執(zhí)行完成皮胡。
4、注意：執(zhí)行接口的<clinit>方法不需要先執(zhí)行父接口的<clinit>赏迟，只有使用父接口中定義的變量時屡贺，才會執(zhí)行。

類初始化場景

虛擬機(jī)中嚴(yán)格規(guī)定了有且只有5種情況必須對類進(jìn)行初始化。

• 執(zhí)行new甩栈、getstatic泻仙、putstatic和invokestatic指令；
• 使用reflect對類進(jìn)行反射調(diào)用量没；
• 初始化一個類的時候玉转，父類還沒有初始化，會事先初始化父類殴蹄；
• 啟動虛擬機(jī)時究抓，需要初始化包含main方法的類；
• 在JDK1.7中袭灯，如果java.lang.invoke.MethodHandler實(shí)例最后的解析結(jié)果REF_getStatic漩蟆、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄妓蛮，并且這個方法句柄對應(yīng)的類沒有進(jìn)行初始化；

以下幾種情況圾叼，不會觸發(fā)類初始化
1蛤克、通過子類引用父類的靜態(tài)字段，只會觸發(fā)父類的初始化夷蚊，而不會觸發(fā)子類的初始化构挤。

class Parent {
    static int a = 100;
    static {
        System.out.println("parent init！");
    }
}

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

public class Init{  
    public static void main(String[] args){  
        System.out.println(Child.a);  
    }  
}  

輸出結(jié)果為：
parent init筋现！
100

2、定義對象數(shù)組箱歧，不會觸發(fā)該類的初始化矾飞。

public class Init{  
    public static void main(String[] args){  
        Parent[] parents = new Parent[10];
    }  
}  

無輸出，說明沒有觸發(fā)類Parent的初始化呀邢，但是這段代碼做了什么洒沦？先看看生成的字節(jié)碼指令

anewarray指令為新數(shù)組分配空間，并觸發(fā)[Lcom.ctrip.ttd.whywhy.Parent類的初始化价淌，這個類由虛擬機(jī)自動生成申眼。

3、常量在編譯期間會存入調(diào)用類的常量池中蝉衣，本質(zhì)上并沒有直接引用定義常量的類括尸，不會觸發(fā)定義常量所在的類。

class Const {
    static final int A = 100;
    static {
        System.out.println("Const init");
    }
}

public class Init{  
    public static void main(String[] args){  
        System.out.println(Const.A);  
    }  
}  

輸出：
100
說明沒有觸發(fā)類Const的初始化病毡，在編譯階段濒翻，Const類中常量A的值100存儲到Init類的常量池中，這兩個類在編譯成class文件之后就沒有聯(lián)系了。

4肴焊、通過類名獲取Class對象前联，不會觸發(fā)類的初始化。

public class test {
   public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Class c_dog = Dog.class;
        Class clazz = Class.forName("zzzzzz.Cat");
    }
}

class Cat {
    private String name;
    private int age;
    static {
        System.out.println("Cat is load");
    }
}

class Dog {
    private String name;
    private int age;
    static {
        System.out.println("Dog is load");
    }
}

執(zhí)行結(jié)果：Cat is load娶眷，所以通過Dog.class并不會觸發(fā)Dog類的初始化動作似嗤。

5、通過Class.forName加載指定類時届宠，如果指定參數(shù)initialize為false時烁落，也不會觸發(fā)類初始化，其實(shí)這個參數(shù)是告訴虛擬機(jī)豌注，是否要對類進(jìn)行初始化伤塌。

public class test {
   public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Class clazz = Class.forName("zzzzzz.Cat", false, Cat.class.getClassLoader());
    }
}
class Cat {
    private String name;
    private int age;
    static {
        System.out.println("Cat is load");
    }
}

6、通過ClassLoader默認(rèn)的loadClass方法轧铁，也不會觸發(fā)初始化動作

new ClassLoader(){}.loadClass("zzzzzz.Cat");

END每聪。
我是占小狼。
在魔都艱苦奮斗齿风，白天是上班族药薯，晚上是知識服務(wù)工作者。
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