Java 類加載與初始化流程

問:簡單談?wù)勵惣虞d順序流程及實(shí)例初始化機(jī)制谍婉?

答:類初始化機(jī)制實(shí)質(zhì)是要包含類加載機(jī)制的,類加載機(jī)制實(shí)質(zhì)主要就是類加載器原理,類加載器原理的核心是雙親委派父優(yōu)先級加載,只有這樣的機(jī)制才保證了類被加載的唯一性着憨,只是類加載器機(jī)制是宏觀的概述,往細(xì)了說就涉及類初始化機(jī)制务嫡。類從被加載到虛擬機(jī)內(nèi)存中開始到卸載出內(nèi)存為止的整個生命周期包括了加載甲抖、驗(yàn)證、準(zhǔn)備心铃、解析惧眠、初始化、使用和卸載這 7 個階段于个,其中驗(yàn)證氛魁、準(zhǔn)備和解析這三個部分統(tǒng)稱為連接。加載厅篓、驗(yàn)證秀存、準(zhǔn)備、初始化和卸載這五個階段的順序是確定的羽氮,類的加載過程必須按照這種順序按部就班的“開始”(僅僅指的是開始或链,而非執(zhí)行或者結(jié)束,因?yàn)檫@些階段通常都是互相交叉的混合進(jìn)行档押,通常會在一個階段執(zhí)行的過程中調(diào)用或者激活另一個階段)澳盐,而解析階段則不一定(它在某些情況下可以在初始化階段之后再開始祈纯,這是為了支持 Java 語言的運(yùn)行時綁定。

對于生命周期中的加載階段虛擬機(jī)規(guī)范中沒強(qiáng)行約束叼耙,這點(diǎn)可以交給虛擬機(jī)的的具體實(shí)現(xiàn)自由把握腕窥,但是對于生命周期中的初始化階段,虛擬機(jī)規(guī)范嚴(yán)格規(guī)定了如下幾種情況(如果類未初始化會對類進(jìn)行初始化):

  • 創(chuàng)建類的實(shí)例筛婉;

  • 訪問類的靜態(tài)變量(除常量簇爆,被 final 修辭的靜態(tài)變量),因?yàn)槌A恳环N特殊的變量爽撒,編譯器把他們當(dāng)作值(value)而不是域(field)來對待入蛆,如果代碼中用到了常變量編譯器并不會生成字節(jié)碼來從對象中載入域的值,而是直接把這個值插入到字節(jié)碼中硕勿,這是一種很有用的優(yōu)化哨毁,但是如果你需要改變 final 域的值那么每一塊用到那個域的代碼都需要重新編譯;

  • 訪問類的靜態(tài)方法源武;

  • 反射(例如 Class.forName("com.package.Test"))扼褪;

  • 當(dāng)初始化一個類時發(fā)現(xiàn)其父類還未初始化則先觸發(fā)父類的初始化;

  • 虛擬機(jī)啟動時定義了 main() 方法的那個類先初始化软能;

以上情況稱為稱對一個類進(jìn)行主動引用迎捺,除此種情況之外被稱為被動引用(譬如子類調(diào)用父類的靜態(tài)變量,子類不會被初始化查排,只有父類被初始化凳枝,對于靜態(tài)字段只有直接定義這個字段的類才會被初始化;通過數(shù)組定義來引用類不會觸發(fā)類的初始化跋核;訪問類的常量不會初始化類)岖瑰,被動引用均不會觸發(fā)類的初始化,接口的加載過程與類的加載過程稍有不同砂代,接口中不能使用 static{} 塊蹋订,當(dāng)一個接口在初始化時,并不要求其父接口全部都完成了初始化刻伊,只有真正在使用到父接口時(例如引用接口中定義的常量)才會初始化露戒。

加載階段是類加載過程的第一個階段,虛擬機(jī)需要完成三件事情捶箱,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,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(yùn)行時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)丁屎,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;該階段使用類加載器完成晨川,加載階段與連接階段的部分內(nèi)容(如一部分字節(jié)碼文件格式驗(yàn)證動作)是交叉進(jìn)行的删豺,加載階段尚未完成連接階段可能已經(jīng)開始。

驗(yàn)證是連接階段的第一步愧怜,目的是為了確保 Class 文件的字節(jié)流中包含的信息符合當(dāng)前虛擬機(jī)的要求呀页,并且不會危害虛擬機(jī)自身的安全叫搁;不同虛擬機(jī)對類驗(yàn)證的實(shí)現(xiàn)可能有所不同供炎,但大致都會完成下面四個階段的驗(yàn)證:文件格式驗(yàn)證渴逻、元數(shù)據(jù)驗(yàn)證、字節(jié)碼驗(yàn)證和符號引用驗(yàn)證音诫,驗(yàn)證階段對于虛擬機(jī)的類加載機(jī)制來說不一定是必要的階段惨奕,如果所運(yùn)行的全部代碼確認(rèn)是安全的則可以關(guān)閉大部分的類驗(yàn)證措施以縮短虛擬機(jī)類加載時間。

準(zhǔn)備階段是為類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存并將其初始化為默認(rèn)值梨撞,這些內(nèi)存都將在方法區(qū)中進(jìn)行分配香罐,準(zhǔn)備階段不分配類中的實(shí)例變量的內(nèi)存,實(shí)例變量將會在對象實(shí)例化時隨著對象一起分配在 Java 堆中庇茫,譬如 public static int value=123; 在準(zhǔn)備階段 value 初始值為 0 ,在初始化階段才會變?yōu)?123旦签。

解析階段是虛擬機(jī)將常量池內(nèi)的符號引用替換為直接引用的過程;符號引用以一組符號來描述所引用的目標(biāo)宁炫,符號可以是任何形式的字面量,只要使用時能無歧義地定位到目標(biāo)即可望忆,符號引用與虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存布局無關(guān)竿秆,引用的目標(biāo)并不一定已經(jīng)加載到內(nèi)存中;直接引用可以是直接指向目標(biāo)的指針袍辞、相對偏移量或是一個能間接定位到目標(biāo)的句柄,直接引用是與虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)存布局相關(guān)的威创,如果有了直接引用則引用的目標(biāo)必定已經(jīng)在內(nèi)存中存在。

初始化是類加載過程的最后一步肚豺,前面的類加載過程除了在加載階段用戶應(yīng)用程序可以通過自定義類加載器參與之外,其余動作完全由虛擬機(jī)主導(dǎo)和控制梗劫,到了初始化階段才真正開始執(zhí)行類中定義的 Java 程序代碼截碴,初始化階段是執(zhí)行類構(gòu)造器 <clinit>() 方法的過程,<clinit>() 方法是由編譯器自動收集類中的所有類變量的賦值動作和靜態(tài)語句塊( static{} 塊)中的語句合并產(chǎn)生的日丹。


屬性、方法丙躏、構(gòu)造方法和塊都是類中的成員束凑,在創(chuàng)建類的對象時各成員的執(zhí)行順序如下:

  • 父類靜態(tài)成員和靜態(tài)初始化快晒旅,按在代碼中出現(xiàn)的順序依次執(zhí)行汪诉;

  • 子類靜態(tài)成員和靜態(tài)初始化塊,按在代碼中出現(xiàn)的順序依次執(zhí)行摩瞎;

  • 父類的實(shí)例成員和實(shí)例初始化塊,按在代碼中出現(xiàn)的順序依次執(zhí)行蚓哩;

  • 執(zhí)行父類的構(gòu)造方法上渴;

  • 子類實(shí)例成員和實(shí)例初始化塊,按在代碼中出現(xiàn)的順序依次執(zhí)行稠氮;

  • 執(zhí)行子類的構(gòu)造方法;

非靜態(tài)初始化塊主要是用于對象的初始化操作赃份,在每次創(chuàng)建對象的時都要調(diào)用一次,其執(zhí)行順序在構(gòu)造方法之前抓韩;

由于非靜態(tài)成員不能在靜態(tài)方法中使用,同樣也不能在靜態(tài)初始化塊中尝江,因此靜態(tài)初始化塊主要用于初始化靜態(tài)變量和靜態(tài)方法英上,靜態(tài)初始化塊只在類第一次加載到內(nèi)存時調(diào)用一次,并非一定要創(chuàng)建對象才執(zhí)行苍日,靜態(tài)初始化塊比非靜態(tài)初始化塊先執(zhí)行。

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