Jvm中class文件如何加載、初始化

這篇文章主要介紹了Jvm中class文件如何加載、初始化，具有一定借鑒價(jià)值，感興趣的朋友可以參考下，希望大家閱讀完這篇文章之后大有收獲，下面讓小編帶著大家一起了解一下。

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編寫(xiě)的java文件在要真正運(yùn)行時(shí)，會(huì)首先被編譯成 “.class"結(jié)尾的二進(jìn)制文件，然后被虛擬機(jī)加載。那么在虛擬機(jī)中一個(gè)class文件要成為java實(shí)例，需要經(jīng)歷好幾個(gè)步驟：
一、class文件要成為java實(shí)例的步驟
1、裝載：裝載階段由三個(gè)基本動(dòng)作完成，要裝載一個(gè)類(lèi)型，java虛擬機(jī)必須：
（1）通過(guò)該類(lèi)型的完全限定名，產(chǎn)生一個(gè)代表該類(lèi)型的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流
（2）解析這個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)流為方法區(qū)內(nèi)的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
（3）創(chuàng)建一個(gè)表示該類(lèi)型的java.lang.Class的實(shí)例
*當(dāng)時(shí)用new關(guān)鍵字創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象時(shí)，該類(lèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存放在方法區(qū)中，new出的對(duì)象存放在堆中
二進(jìn)制的數(shù)據(jù)流可由以下方式產(chǎn)生：
 1、從本地加載一個(gè)java class 文件
 2、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上下載一個(gè)class文件
3、從一個(gè)zip、jar、或者其他文檔中提取class文件    等…
2、驗(yàn)證：類(lèi)被裝載后，就要準(zhǔn)備連接，連接的第一步是驗(yàn)證——確認(rèn)類(lèi)型符合java語(yǔ)言規(guī)范，并且不會(huì)危及虛擬機(jī)的完整性。
類(lèi)型的檢查——確保除了Object之外的每個(gè)類(lèi)都必須有一個(gè)超類(lèi)，并確保該類(lèi)的所有超類(lèi)都已經(jīng)被裝載了
類(lèi)之間的二進(jìn)制兼容檢查——檢查final類(lèi)不能用于子類(lèi)、檢查final類(lèi)的方法不能被覆蓋、確保子類(lèi)和超類(lèi)之間沒(méi)有不兼容的方法
——檢查所有的常量池入口相互之間一致
——檢查常量池中的所有特殊字符串是否符合格式
——檢查字節(jié)碼的完整性（最為復(fù)雜的一步）
3、準(zhǔn)備：在準(zhǔn)備階段java虛擬機(jī)為類(lèi)變量分配內(nèi)存，設(shè)置默認(rèn)初始值，但在到達(dá)初始化之前，類(lèi)變量都沒(méi)有被初始化為真正的初始值。即：我們?cè)陬?lèi)中聲明  int  a = 3;但在這一步，a的致被賦予類(lèi)型的默認(rèn)值 0  int a =0;java虛擬機(jī)不支持boolean 類(lèi)型，在內(nèi)部，boolean變量會(huì)被默認(rèn)的設(shè)置為int類(lèi)型的0，即初始化成false.
4、解析：經(jīng)過(guò)驗(yàn)證和準(zhǔn)備之后，就進(jìn)入了解析過(guò)程。解析就是在類(lèi)型的常量池中尋找類(lèi)、接口、字段、以及方法的符號(hào)引用，把這些引用替換成為直接引用的過(guò)程
5、初始化：初始化就是賦予一個(gè)變量真正的初始值
如我們定義 private static int a=1; 此時(shí)就是給a賦值1
二、動(dòng)態(tài)鏈接和解析
  class文件把所有的符號(hào)引用保存在——常量池中，每一個(gè) class文件都有一個(gè)常量池。每一個(gè)被虛擬機(jī)裝載類(lèi)或者接口 都有一個(gè)內(nèi)部版本的常量池，被稱(chēng)為運(yùn)行時(shí)常量池。
常量池的解析——當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，某個(gè)特定的符號(hào)引用要被使用， 首先要被解析。解析過(guò)程就是根據(jù) 符號(hào)引用查找到實(shí)體， 在把符號(hào)引用替換成為 直接引用的過(guò)程。每個(gè)符號(hào)引用都只被解析一次
早解析——預(yù)先解析所有的符號(hào)引用，從初始類(lèi)開(kāi)始，到后續(xù)的各個(gè)類(lèi)，知道所有的符號(hào)引用都被解析。
遲解析——在訪問(wèn)每一個(gè)符號(hào)引用的最后一刻才去解析。（也可選擇兩種情況之間的折衷策略）
——程序執(zhí)行都是在第一次 實(shí)際訪問(wèn)一個(gè)符號(hào)引用時(shí)才會(huì)拋出錯(cuò)誤，對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，看上去都是 遲解析
——java虛擬機(jī)會(huì)把所有具有相同字符串順序的字符串文字處理成一個(gè)String對(duì)象。即：如果有多個(gè)類(lèi)使用同一個(gè)字符串“Hello”,java虛擬機(jī)只會(huì)創(chuàng)建一個(gè)具有“Hello ”值的String對(duì)象 來(lái)表示所有的字符串文字。
——任何的byte、short、char返傭www.fx61.com，的值在被壓入棧中時(shí)， 都會(huì)先被轉(zhuǎn)換成int型
——涉及byte、short、char的運(yùn)算操作會(huì)首先把他們都轉(zhuǎn)換成int類(lèi)型，進(jìn)行計(jì)算然后得到int結(jié)果，如果需要byte等結(jié)果，需要進(jìn)行顯示轉(zhuǎn)換。
——java虛擬機(jī)中內(nèi)存只能以對(duì)象形式在堆中進(jìn)行分配，如果需要可考慮基本類(lèi)型包裝器
——java所使用的同步機(jī)制是監(jiān)視器，java中的監(jiān)視器支持兩種線程：互斥和協(xié)作。java虛擬機(jī)是通過(guò)鎖來(lái)實(shí)現(xiàn)互斥，是通過(guò)Object的wait和notify方法來(lái)實(shí)現(xiàn)協(xié)作
——只有當(dāng)絕對(duì)確定等待區(qū)中只有一個(gè)線程掛起的時(shí)候才應(yīng)使用notify，只要存在同時(shí)有多個(gè)線程掛起的可能性，就應(yīng)該使用notify all。否則可能導(dǎo)致某個(gè)特定的線程在等待區(qū)中等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，甚至永遠(yuǎn)就不會(huì)蘇醒。
——堆和方法區(qū)是被所有線程共享的 
——會(huì)被多線程訪問(wèn)的兩種數(shù)據(jù)：保存在堆中的實(shí)例變量，保存在方法區(qū)中的類(lèi)變量
——不需要進(jìn)行保護(hù)的變量：java棧中的局部變量，該數(shù)據(jù)是擁有該線程的線程私有的
——當(dāng)虛擬機(jī)裝載一個(gè)class文件的時(shí)候，會(huì)創(chuàng)建一個(gè)java.lang.Class類(lèi)的實(shí)例。當(dāng)鎖住一個(gè)類(lèi)的時(shí)候，其實(shí)就是鎖住那個(gè)類(lèi)的Class對(duì)象。
三、jvm內(nèi)置的三大類(lèi)加載器
BootStrap類(lèi)加載器(BootStrapClassLoader)：根類(lèi)加載器。該加載器沒(méi)有父加載器，負(fù)責(zé)加載虛擬機(jī)的核心類(lèi)庫(kù)，如:java.lang.*等，java.lang.Object就是由根加載器加載的
Extension 類(lèi)加載器(ExtClassLoader)：它的父加載器為根加載器，也就是上面那個(gè)。它從java.ext.dirs系統(tǒng)屬性所指定的目錄中加載類(lèi)庫(kù)，或者從jdk的安裝目錄jre/lib/ext子目錄中加載類(lèi)庫(kù)。該類(lèi)是純java類(lèi)是lava.lang.ClassLoader類(lèi)的子類(lèi)
System系統(tǒng)類(lèi)加載器(AppClassLoader)，也稱(chēng)為應(yīng)用類(lèi)加載器，其父加載器為擴(kuò)展類(lèi)加載器，上面那個(gè)。它從環(huán)境變量classpath中多指定的目錄中加載。它是用戶(hù)自定義類(lèi)加載器的默認(rèn)父加載器，該類(lèi)是純java類(lèi)是lava.lang.ClassLoader類(lèi)的子類(lèi)
注意:使用Class.forName("com.test.Test1")進(jìn)行類(lèi)裝載時(shí)，會(huì)自動(dòng)執(zhí)行類(lèi)中的靜態(tài)代碼塊，但不會(huì)執(zhí)行構(gòu)造方法
使用loadClass("com.test.Test1")進(jìn)行裝載時(shí)，不會(huì)自動(dòng)執(zhí)行其中的靜態(tài)代碼塊，也不會(huì)執(zhí)行構(gòu)造方法
***：同一個(gè)類(lèi)，由兩個(gè)不同的類(lèi)加載器去加載，會(huì)被認(rèn)為是兩個(gè)不相同的類(lèi)，在方法區(qū)中會(huì)有兩份該類(lèi)的類(lèi)信息
只有使用啟動(dòng)類(lèi)加載器加載的類(lèi)，比如：java.lang.Strong、java.lang.Object 等類(lèi)，在方法區(qū)中只有一份類(lèi)信息。
 判斷兩個(gè)類(lèi)是否相等的基礎(chǔ)是，這兩個(gè)類(lèi)的類(lèi)加載器是不是同一個(gè)
初始化：對(duì)于類(lèi)的初始化階段，虛擬機(jī)規(guī)范規(guī)定了5種情況下必須立即對(duì)類(lèi)進(jìn)行初始化
1、遇到new、getstatic、putstatic、invokestatic這四條字節(jié)碼指令時(shí)，如果類(lèi)之前沒(méi)有進(jìn)行過(guò)初始化會(huì)進(jìn)行初始化。這四條字節(jié)碼對(duì)應(yīng)的是：new 實(shí)例、靜態(tài)字段取值、靜態(tài)字段賦值、靜態(tài)字段調(diào)用。
2、使用java.lang.refleat包的方法進(jìn)行反射調(diào)用
3、當(dāng)初始化一個(gè)類(lèi)時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)其父類(lèi)還沒(méi)有被初始化，需要先初始化其父類(lèi)
4、當(dāng)虛擬機(jī)啟動(dòng)，需要執(zhí)行main方法的類(lèi)
5、當(dāng)使用LDK1.7的動(dòng)態(tài)預(yù)言支持時(shí)，如果一個(gè)java.lang.invole.MethodHandle實(shí)例的最后解析結(jié)果是REF_getStatic,REF_putStatic,REF_invokeStatic的方法句柄。
以下幾種情況需要注意：
1、對(duì)于靜態(tài)字段，只有直接定義這個(gè)字段的類(lèi)或者接口才會(huì)被初始化，如果是通過(guò)子類(lèi)引用父類(lèi)中的靜態(tài)字段，只會(huì)觸發(fā)父類(lèi)的初始化。
2、常量在編譯階段會(huì)存入調(diào)用類(lèi)的常量池中，本質(zhì)上并沒(méi)有直接引用到定義類(lèi)的常量，因此不會(huì)觸發(fā)定義常量的類(lèi)的初始化。備注：只有編譯器能確定之的常量才會(huì)進(jìn)行該操作，編譯器無(wú)法確定的常量值，還是會(huì)觸發(fā)目標(biāo)類(lèi)的初始化。
例如：public static final String uuid = UUID.randomUUID().toString();  這行代碼，當(dāng)其他類(lèi)在引用uuid時(shí)，會(huì)觸發(fā)定義該uuid的類(lèi)的初始化
3、通過(guò)數(shù)組定義來(lái)引用類(lèi)，不會(huì)觸發(fā)類(lèi)的初始化 例如： Super[ ] s = new Super[10]; 這行代碼并不會(huì)觸發(fā)Super類(lèi)的初始化
4、當(dāng)一個(gè)接口初始化的時(shí)候，并不要求其父接口也被初始化，只有真正使用到父接口的時(shí)候才會(huì)初始化。
四、case class與class的區(qū)別
1、初始化的時(shí)候，不需要new，當(dāng)然你也可以加上，普通類(lèi)一定需要加上new
class ABC(name:String){
def ff(): Unit ={
}
}
case class ABC1(name:String){
def ff1(): Unit ={
}
}
val abc1=ABC1("fg")
val abc= new ABC("xx")
2、toString的實(shí)現(xiàn)更加漂亮
println(abc1.toString)
println(abc.toString)
3、默認(rèn)實(shí)現(xiàn)了equals   hashcode
4、默認(rèn)是可以序列化的，也就是實(shí)現(xiàn)了Serializable
5、自動(dòng)從scala.Producet中繼承了一些函數(shù)
6、case class構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)是publiec級(jí)別的，我們可以直接訪問(wèn)
7、支持模式匹配

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