Class 对象在执行引擎中的初始化过程

一个 class 文件被加载到内存中需要经过 3 大步:装载、链接、初始化。其中链接又可以细分为:验证、准备、解析 3 小步。

类加载的生命周期图

装载

装载是指 Java 虚拟机查找 .class 文件并生成字节流,然后根据字节流创建 java.lang.Class 对象的过程。

链接

链接过程分为 3 步:验证、准备、解析。

验证:

确保 .class 文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求,并且不会危及虚拟机本身的安全。主要包含以下几个方面的检验。

  1. 文件格式检验:检验字节流是否符合 class 文件格式的规范,并且能被当前版本的虚拟机处理。

  2. 元数据检验:对字节码描述的信息进行语义分析,以保证其描述的内容符合 Java 语言规范的要求。

  3. 字节码检验:通过数据流和控制流分析,确定程序语义是合法、符合逻辑的。

  4. 符号引用检验:符号引用检验可以看作是对类自身以外(常量池中的各种符号引用)的信息进行匹配性校验。

准备

是为类中的静态变量分配内存,并为其设置“0值”。

public static int value = 100;

在准备阶段,JVM 会为 value 分配内存,并将其设置为 0。而真正的值 100 是在初始化阶段设置。并且此阶段进行内存分配的仅包括类变量,而不包括实例变量(实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在 Java 堆中)。

PS:

静态常量,public static final int value = 100;

会在准备阶段就为 value 分配内存,并设置为 0。

解析

把常量池中的符号引用转换为直接引用,也就是具体的内存地址。在这一阶段,JVM 会将常量池中的类、接口名、字段名、方法名等转换为具体的内存地址。

初始化

执行类构造器<cinit>方法的过程,并真正初始化类变量。比如:

public static int value = 100;
在准备阶段 value 被分配内存并设置为 0,在初始化阶段 value 就会被设置为 100。
初始化的时机

class 初始化的时机

对于装载阶段,JVM 并没有规范何时具体执行。但是对于初始化,JVM 规范中严格规定了 class 初始化的时机,主要有以下几种情况会触发 class 的初始化:

虚拟机启动时,初始化包含 main 方法的主类;

遇到 new 指令创建对象实例时,如果目标对象类没有被初始化则进行初始化操作;

当遇到访问静态方法或者静态字段的指令时,如果目标对象类没有被初始化则进行初始化操作;

子类的初始化过程如果发现其父类还没有进行过初始化,则需要先触发其父类的初始化;

使用反射 API 进行反射调用时,如果类没有进行过初始化则需要先触发其初始化;

第一次调用 java.lang.invoke.MethodHandle 实例时,需要初始化 MethodHandle 指向方法所在的类。

初始化类变量

在初始化阶段,只会初始化与类相关的静态赋值语句和静态语句,也就是有 static 关键字修饰的信息,而没有 static 修饰的语句块在实例化对象的时候才会执行。

对象的初始化顺序

静态变量/静态代码块 -> 普通代码块 -> 构造函数

对象的初始化顺序如下:

静态变量/静态代码块 -> 普通代码块 -> 构造函数

  1. 父类静态变量和静态代码块;

  2. 子类静态变量和静态代码块;

  3. 父类普通成员变量和普通代码块;

  4. 父类的构造函数;

  5. 子类普通成员变量和普通代码块;

  6. 子类的构造函数。


总结

.class 文件被加载到内存中所经过的详细过程,主要分 3 大步:装载、链接、初始化。其中链接中又包含验证、准备、解析 3 小步。

  • 装载:指查找字节流,并根据此字节流创建类的过程。装载过程成功的标志就是在方法区中成功创建了类所对应的 Class 对象。

  • 链接:指验证创建的类,并将其解析到 JVM 中使之能够被 JVM 执行。

  • 初始化:则是将标记为 static 的字段进行赋值,并且执行 static 标记的代码语句 。

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