類的生命周期概述

Java程序的所有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法都封裝在類型之中扔仓，這也是面向?qū)ο缶幊陶Z言的一大特色褐奥。當(dāng)JVM執(zhí)行一個Java類所封裝的算法之前 ，首先要做的一件事便是字節(jié)碼文件解析翘簇，字節(jié)碼文件解析包含 3 個主要的過程：常量池解析撬码、Java類字段解析及 Java 方法解析。通過類字段解析版保，JVM能夠分析出Java類所封裝的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)呜笑；通過方法解析，JVM能夠分析出Java類所封裝的算法邏輯 彻犁。而無論是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)還是方法信息叫胁，很多與“字符串”或者大數(shù)據(jù)（是指占二進(jìn)位比較多的大數(shù)）相關(guān)的信息都封裝于常量池中，所以JVM欲解析字段和方法信息袖裕，必先解析常量池曹抬。當(dāng)常量池、字段和方法信息全部被解析完急鳄，則字節(jié)碼文件的“精華”便已經(jīng)被完全消化吸收谤民。但是，這幾個過程其實僅僅屬于Java類 “加載”過程中的一個環(huán)節(jié)疾宏，這對于一個Java類的整個“漫長”的生命周期而言张足，僅僅是個開始。在字節(jié)碼文件的精華被吸收之后還需要經(jīng)過一系列的“二次” 消化處理坎藐，方能被JVM在運(yùn)行期“隨心所欲”地調(diào)用为牍。

按照J(rèn)VM規(guī)范，一個Java文件從被加載到被卸載的整個生命過程岩馍，總共要經(jīng)歷5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?→?卸載碉咆。其中第二個階段“鏈接”，對應(yīng)了3個階段 ：驗證 蛀恩、準(zhǔn)備和解析疫铜，因此，也有很多典籍說 Java 類的生命周期一共包括7個階段双谆。

前文所講的常量池解析壳咕、Java字段和方法的解析席揽，其實都屬于加載階段的一部分。所謂加 載谓厘，簡而言之就是將 Java 類的字節(jié)碼文件加載到機(jī)器內(nèi)存中并在內(nèi)存中構(gòu)建出Java類的原型類模板對象幌羞。所謂類模板對象，其實就是 Java類在JVM內(nèi)存中的一個快照竟稳，JVM將從字節(jié)碼文件中解析出的常量池属桦、類字段、類方法等信息存儲到類模板中他爸，這樣JVM在運(yùn)行期便能通過類模板而獲取Java類中的任意信息地啰，能夠?qū)?Java 類的成員變量進(jìn)行遍歷，也能進(jìn)行 Java 方法的調(diào)用讲逛。反射的機(jī)制即基于這一基礎(chǔ)。如果 JVM 沒有將 Java 類的聲明信息存儲起來岭埠，則只叫在運(yùn)行期也無法反射盏混。字節(jié)碼相關(guān)的工具類庫，例如 asm 惜论、cglib 等许赃，都利用了這一機(jī)制，在運(yùn)行期動態(tài)修改靜態(tài)聲明的 Java 類所對應(yīng)的字節(jié)碼內(nèi)容馆类，從而在運(yùn)行期直接改掉Java 類的定義混聊，甚至直接在運(yùn)行期創(chuàng)建一個全新的Java類。

Java類是寫給人類看的乾巧，而只叫內(nèi)存中的類模板快照則是寫給機(jī)器“看”的句喜。物理機(jī)器無法直接執(zhí)行Java類的源代碼，所以需要通過類加載這樣一個過程將字節(jié)碼格式的 Java 類轉(zhuǎn)換成機(jī)器能夠識別的內(nèi)存類模板快照沟于。

JVM完成 Java 類加載之后咳胃，接著便開始進(jìn)行鏈接。所謂鏈接旷太，雖然與編譯原理中的鏈接不是同一件事展懈，然而本質(zhì)上是相同的」╄担總體而言存崖，鏈接的主要作用是將字節(jié)碼指令中對常量池中的索引引用轉(zhuǎn)換為直接引用。鏈接包含 3 個步驟 ：驗證睡毒、準(zhǔn)備和解析来惧。其實在類加載階段（也即類的生命周期的第一個階段）JVM會對字節(jié)碼文件進(jìn)行驗證，只不過該階段的驗證著重于字節(jié)碼文件格式本身吕嘀，與“鏈接”階段的驗證側(cè)重點不同违寞。在鏈接階段贞瞒，著重于由字節(jié)碼信息出發(fā)進(jìn)行反向驗證，例如趁曼，驗證根據(jù)字節(jié)碼文件中的類名是否能夠找到對應(yīng)的類模板军浆。這些都驗證無誤之后，JVM才能放心地加載當(dāng)前類挡闰，也才能放心地將字節(jié)碼指令中對常量池索引號的引用重寫為直接引用乒融。

在正式使用Java類之前的最后一道工序便是“初始化”，這里所謂的初始化摄悯，并非指對類進(jìn)行實例化赞季，而是指執(zhí)行類的()方法。Java類的實例化奢驯，對應(yīng)的乃是 Java 類 生命周期中的”使用”段申钩。總體而言瘪阁，當(dāng)Java類中包含 static 修飾的靜態(tài)字段 撒遣，或者有使用 static{}塊包裹的代碼段時，編譯后便會在字節(jié)碼文件中包含一個名為()的方法管跺，JVM在初始化階段便會調(diào)用該方法义黎。需要說明一點，該方法僅能由Java編譯器生成并由JVM調(diào)用豁跑，程序開發(fā)者無法自定義一個同名的方法廉涕，更無法直接在Java程序中調(diào)用該方法 雖，該方法也是由字節(jié)碼指令所組成艇拍。

等JVM完成類的初始化之后狐蜕，便“萬事俱備，只欠東風(fēng)”卸夕，就等著開發(fā)者使用了馏鹤。使用方式多種多樣，其中最常見的一種方式是通過new關(guān)鍵字來實例化一個 Java 類娇哆。

當(dāng)然湃累，除了通過new關(guān)鍵字使用java類，還有多種方式碍讨，例如下面的例子：

該示例使用Class.forName(String）接口加載一個類治力，并通過Class.newlnstance（）接口實例化一個類。

從廣義上說勃黍，類的加載也可以對應(yīng)類生命周期的7個階段中的前 5個階段即加載宵统、驗證 、 準(zhǔn)備 、解析和初始化马澈。當(dāng)類加載之后瓢省，JVM內(nèi)部會為Java類創(chuàng)建一個對等的類模板，類模板在JDK 6時代被存儲在所謂的perm區(qū)痊班，而到了JDK 8時代勤婚，則被存儲在所謂的metaSpace 區(qū)。無論存儲在哪里涤伐，當(dāng)存儲區(qū)即將被打爆而這個類又不再使用時馒胆，JVM的GC便有可能將其回收萌朱，即釋放內(nèi)存偏陪。而當(dāng)實例化一個 Java 類之后 ，JVM內(nèi)部則會為Java類實例對象創(chuàng)建一個對等的實例對象缺狠，該實例對象所存儲的區(qū)域與具體的 GC 策略緊密關(guān)聯(lián)器净，有可能在新生代型雳，也可能在老年代，當(dāng)然山害，更可能在棧上（棧上分配）四啰。當(dāng)類被使用完畢之后，JVM必須銷毀實例對象粗恢，否則只怕內(nèi)存區(qū)早晚會被打爆。JVM對類模板的銷毀和類實例對象的銷毀欧瘪，都是卸載眷射。

總體而言，Java類的生命周期如圖所示佛掖。

類加載

前文已經(jīng)描述過JVM對字節(jié)碼文件的精華部分的解析過程妖碉，當(dāng)字節(jié)碼文件解析完成之后，JVM便會在內(nèi)部創(chuàng)建一個與Java類對等的類模板對象芥被，說白了該對象其實是 C++類的實例欧宜。每一個Java類模型，最終在只叫內(nèi)部都會有一個 klassOop 與之對等 拴魄，Java 類中的字段 冗茸、方法及 常量池等都會保存到 klassOop 實例對象中。要注意匹中，這個實例對象并非 Java 類的實例對象夏漱，其僅僅用于表示 Java 類型本身，或者 Java 類的定義顶捷。與 Java 類實例對象對等的JVM內(nèi)部對象是instanceOop實例挂绰。

下面就從Java類模板對象instanceKlass 的創(chuàng)建開始講起。

前面描述過Java字節(jié)碼文件的常量池解析 服赎、字段解析與方法解析 葵蒂，這三部分內(nèi)容的解析便是 Java 字節(jié)碼文件的精華所在交播。當(dāng)這 3 個過程執(zhí)行完成之后，Java字節(jié)碼文件的精華便被分析完了践付，至此JVM便對Java類中所定義的一切數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法“了如指掌”秦士，為了鞏固“勝利成果”，JVM需要將這些好不容易辛辛苦苦解析出來的結(jié)果保存起來荔仁。這些解析的結(jié)果會存儲到klassOop這個內(nèi)部類對象實例中伍宦，可以將該對象看作 Java 類在JVM內(nèi)部完全對等的一個鏡像，只不過Java類是寫給人類看的乏梁，而內(nèi)部鏡像 klassOop 則是寫給機(jī)器讀的次洼。當(dāng)成功保存解析結(jié)果之后，則 Java 類的生命周期的第一個階段加載遇骑，便大功告成卖毁。不看過程看結(jié)果，類加載階段其實就是為了這一目標(biāo)而來落萎，在JVM內(nèi)部創(chuàng)建一個與Java類結(jié)構(gòu)對等的數(shù)據(jù)對象亥啦。

從instanceKlass的結(jié)構(gòu)可以看到，其內(nèi)部定義了若干字段练链，這些字段足以存儲 Java 類規(guī)范所支持的一切信息翔脱，例如字段 、方法 媒鼓、內(nèi)部類等届吁，因為 instanceKlass 要作為 Java 類在JVM內(nèi)部對等的結(jié)構(gòu)體，所以能夠兼容Java類中的所有元素是其唯一的設(shè)計目標(biāo)绿鸣。但是 JVM在創(chuàng)建instanceKlass對象時疚沐，為其所申請的內(nèi)存空間卻超過了instanceKlass 類型本身所需的內(nèi)存大小，這是因為JVM需要在instanceKlass內(nèi)存空間的末尾再預(yù)留出足夠的空間潮模，存儲虛方法表 vtable接口表 itable 及 JAVA 類中的引用類型表 oopMap亮蛔。存儲虛方法表 vtable，其作用在前文分析Java

方法的解析機(jī)制時詳細(xì)描述過擎厢，這里不再贅述究流。itable與 oopMap 也是各有其作用。不過靜態(tài)字段在不同的 JDK 版本中存放的位置不同动遭，在JDK 6中梯嗽，靜態(tài)字段會被分配到 instanceKlass 實例對象所申請的內(nèi)存空間中，而在 JDK7和JDK8中沽损，靜態(tài)字段將會被分配到與 instanceKlass對等的鏡像類一 java .lang.Class 實例中灯节，關(guān)于靜態(tài)字段的分配及鏡像類會在下文詳細(xì)分析，此處先略過不表。

圖中的這個內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)炎疆，便是Java類加載的最終產(chǎn)物卡骂，也是Java類在內(nèi)存中的對等體。JVM根據(jù)這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形入，能夠獲取Java類中所定義的一切元素全跨。

類加載的最終結(jié)果便是在JVM的方法區(qū)創(chuàng)建一個與Java類對等的instanceKlass 實例對象，但是在JVM創(chuàng)建完instanceKlass之后亿遂，又創(chuàng)建了與之對等的另一個鏡像類java.lang.Class浓若。

JVM之所以在instanceKlass之外再創(chuàng)建一個mirror，是有用意的蛇数，總體而言挪钓，java.lang. Class是為了被 Java 程序調(diào)用，而 instanceKlass 則是為了被JVM內(nèi)部訪問耳舅。所以碌上，JVM直接暴露給Java的是 java_mirror，而不是 InstanceKlass 浦徊。

JDK8之所以將靜態(tài)字段從instanceKlass 遷移到mirror中馏予，也不是沒有道理。畢竟靜態(tài)字段并非Java類的成員變量盔性，如果從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這個角度看霞丧，靜態(tài)字段不能算作 Java 類這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一部分，因此 JDK 8 將靜態(tài)字段轉(zhuǎn)移到 mirror 中冕香。從反射的角度看蛹尝，靜態(tài)字段放在 mirror 中是合理的，畢竟在進(jìn)行反射時暂筝，需要給 出 Java 類中所定義的全部字段，無論字段是不是靜態(tài)類型硬贯。