浅谈一个Java类的生命周期

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前言

一个Java类从被加载到虚拟机内存开始,到卸载出内存为止,它经过了哪些步骤呢?这篇文章就来简述一下关于Java类生命周期相关的知识,其中每个生命周期的具体内容不会细讲,因为内容太多,我准备专门花一篇文章介绍类生命周期中的详细步骤,期待下一篇文章吧~

概述

一个Java类从开始到结束整个生命周期会经历7个阶段:加载(Loading)、验证(Verification)、准备(Preparation)、解析(Resolution)、初始化(Initialization)、使用(Using)和卸载(Unloading)。其中验证、准备、解析三个部分又统称为连接(Linking)。

这里我所说的Java类是已经编译好的类,也就是说它已经是class字节码了,如果要从.java文件算起的话应该还有个编译过程。

每个阶段的顺序

并不是所有时候这七个阶段都是顺序进行的,其中加载、验证、准备、初始化、卸载是固定顺序开始的,解析阶段不一定。解析在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始,这也是为了支持运行时绑定(也成为动态绑定)。刚刚说的五个阶段是固定顺序开始,但是不一定会按部就班地“进行”或“完成”,是因为这些阶段通常是互相交叉地混合进行的,通常会在一个阶段执行的过程中调用激活另一个阶段。

简述七个阶段

这里先简单介绍一下各个阶段所做的事,每个阶段详细的过程在后面会有专门的文章介绍。

  1. 加载:加载过程就是把class字节码文件载入到虚拟机中,至于从哪儿加载,虚拟机设计者并没有限定,你可以从文件、压缩包、网络、数据库等等地方加载class字节码。
  1. 验证:验证的目的是确保class文件的字节流中信息符合虚拟机的要求,不会危害虚拟机安全,使得虚拟机免受恶意代码的攻击,这一步至关重要。
  1. 准备:准备阶段的工作就是为类的静态变量分配内存并设为jvm默认的初值,对于非静态的变量,则不会为它们分配内存。静态变量的初值为jvm默认的初值,而不是我们在程序中设定的初值。(仅包含类变量,不包含实例变量).  

  2. 解析:虚拟机将常量池中的符号引用替换为直接引用,解析动作主要针对类或接口,字段,类方法,方法类型等等。

  3. 初始化:在该阶段,才真正意义上的开始执行类中定义的java程序代码,该阶段会执行类构造器,并且在Java虚拟机规范中有明确的规定,在下面5种情况下必须对类进行初始化:

  1. 使用:使用该类所提供的功能,其中包括主动引用和被动引用。

主动引用:

被动引用:

  1. 卸载:从内存中释放,在我之前写的垃圾回收机制(GC)总结一文中有介绍到方法区内存回收中对类的回收条件,这里再贴出来一下:

引用类时容易忽略的点

在平时做面试题中很有可能会考察对类加载流程的理解,有的是直接给你几个描述让你选择,有的是给出一段代码,让你判断输出结果。第一种方式偏向于理论,相信看了本文上面的介绍大多都知道多多少少,第二种往往是很多Java程序员容易犯错的,接下来给出几段代码来讲解。(环境是jdk1.8)

No.1

上面的代码执行完成之后除了123被输出外,在此之前还输出了“父类被初始化”,并没有输出子类被初始化。对于静态字段,只有直接定义这个字段的类才会被初始化,这里通过子类来访问父类中定义的静态字段,只会触发父类的初始化而不会触发子类的初始化。这里可以开启-XX:+TraceClassLoading虚拟机参数查看加载内容。

No.2

上面的代码执行完之后并没有任何输出!也就是说此过程并没有触发jvm.FatherClass的初始化阶段,但是实际上这个过程触发了另一个名为[Lorg.FatherClass的类的初始化,它是一个由虚拟机自动生成的、直接继承于Object的子类,创建动作由字节码指令anewarray触发。

[Lorg.FatherClass这个类代表了一个元素类型为jvm.FatherClass的一维数组,数组中应有的属性和方法(用户可直接使用的只有被修饰为public的length属性和clone方法)都实现在这个类里。

No.3

上面的代码执行结束之后控制台只输出了123,并没有输出“父类被初始化”,说明此时FatherClass并没有被触发初始化,这里和No.1里面value唯一不同就在于多加了一个final关键字。这是因为在编译阶段以及做了常量传播优化,在编译时就将常量value存储到了Test类的常量池中,这里对value的引用其实就是对本类(Test)常量池的引用,所以这里无需初始化FatherClass类。也就是说,实际上Test的class文件之中并没有FatherClass类的符号引用入口,这两个类在编译成class之后就不存在任何联系了。

为了佐证该过程,我反编译出No.1和No.3两个测试代码的Test字节码文件

No.1情况下的Test.class

No.3情况下的Test.class

从字节码中不难看出No.1情况获取value值是通过getstatic #3获取,其中#3是#3 = Fieldref #18.#19 // jvm/FatherClass.value:I,也就是说它仍然需要从FatherClass的引用获取vlaue。而No.3情况获取value值是bipush 123,这个123是直接从常量池中取的,无需从FatherClass类中获取。

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