类加载的过程_类加载过程

类加载

类加载的过程分为 5 个阶段：加载、验证、准备、解析、初始化。

以如下代码为例，对 Java 类加载的过程进行阐述。

package com.zero.demo;
 
public class SuperClassDemo {
 
    static {
        System.out.println("SuperClass Static Block!");
    }
 
    public static int VALUE = 11;
    
    private String str = "Hello World";
 
    private int value;
 
    public int getValue() {
        return value;
    }
 
    public void setValue(int value) {
        this.value = value;
    }
}

加载

加载（Loading）是类加载（Class Loading）过程的其中一个阶段。

在加载阶段，JVM 需要完成 3 个步骤

◉ 通过类的全限定名来获取这个类的二进制字节流。

◉ 将字节流转化为方法区的运行时数据结构。

◉ 在内存中生成一个代表这个类的 java.lang.Class 对象，作为这个类在方法区的访问入口。

以 SuperClassDemo 为例，加载阶段的过程，如下图所示：

不过，对于数组类而言，数组类本身不通过类加载器创建，它是由 JVM 直接在内存中动态构造出来的，但是数组的元素类型仍然需要依靠类加载器去创建。

 

验证

验证是连接阶段的第一步，目的是保证加载的字节码是合法的。

验证阶段包含 4 个动作：文件格式验证、元数据验证、字节码验证和符号引用验证。

• 文件格式验证

验证字节流是否符合 Class 文件格式的规范，包括以下这些内容：

（1）是否以魔数 0xCAFEBABE 开头

（2）版本号是否跟 JVM 兼容

（3）检查常量池的常量tag标志

（4）……

• 元数据验证

对字节码描述的信息进行语义分析，包括以下这些内容：

（1）是否有父类，除了 java.lang.Object，所有的类都有父类

（2）是否继承了不允许被继承的类，例如：final 修饰的类

（3）如果不是抽象类，是否实现了其父类或接口中的所有方法

（4）……

• 字节码验证

验证程序语义是合法的、符合逻辑的，对类的方法体（Class 文件中的 Code 属性）进行校验分析。

例如：检验方法体的类型转换

List<String> list = new ArrayList<>();

• 符号引用验证

验证类中引用的资源（外部类、方法、变量）是否存在，访问权限是否合法。

否则，JVM 会抛出 java.lang.IncompatibleClassChangeError 的子类异常，例如：

（1）java.lang.IllegalAccessError

（2）java.lang.NoSuchFieldError

（3）java.lang.NoSuchMethodError

（4）……

准备

准备是连接阶段的第二步，目的是为静态变量（被 static 修饰的变量）分配内存，初始化默认值。

Java 中所有基本数据类型的默认值，如下表所示：

注：JVM 中 boolean 类型映射为 int 类型，false 用 0 表示，true 用 1 表示，由于 int 默认值为 0，因此 boolean 的默认值为 false。

以 SuperClassDemo 为例，VALUE 将会被初始化为 0。

// 即使代码中 VALUE 赋值为 11，不过在准备阶段，VALUE 的值为 0
public static int VALUE = 11;

不过，如果 VALUE 的代码改成如下所示，VALUE 将会被初始化为 11。

// 这里涉及到 ConstantValue属性 的相关概念
public final static int VALUE = 11;

解析

解析是连接阶段的第二步，目的是将接口、变量、方法的符号引用转换为直接引用。

• 符号引用

以一组符号来描述所引用的目标，可以理解为，以文字形式来描述引用关系。

例如，SuperClassDemo 中的符号引用，通过 javap -verbose 命令打印，如下图所示：

// 以这行代码为例，分析符号引用
System.out.println("SuperClass Static Block!");

• 直接引用

可以理解为，指向存放目标的内存地址的引用。

初始化

初始化是类加载过程的最后一个步骤，就是执行类构造器 <clinit>() 方法的过程。在此阶段，JVM 会执行执行类中编写的Java程序代码，对类的静态变量，静态代码块执行初始化操作。

例如，SuperClassDemo 中被 static 修饰的变量和代码块。

// 按顺序执行
 
// 将会打印出 “SuperClass Static Block!” ，而且只会打印一次
static {
    System.out.println("SuperClass Static Block!");
}
 
// 在准备阶段，VALUE 的值为 0，在初始化阶段，VALUE 的值为 11
public final static int VALUE = 11;

除此之外，<clinit> 的执行顺序是，父类的 <clinit> 方法总是在子类 <clinit> 方法之前被调用。

例如，ChildClassDemo 继承于 SuperClassDemo，如下所示：

package com.zero.demo;
 
public class ChildClassDemo extends SuperClassDemo {
    static {
        System.out.println("ChildClass Static Block!");
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        ChildClassDemo child = new ChildClassDemo();
    }
}

mian() 方法的执行结果，如下图所示：