【JVM】类加载、连接和初始化过程

程序运行时，加载类主要经过3个阶段分别是类的加载，连接和初始化。分别介绍一下这三个过程。

一、加载

类的加载指的是将类的.class文件中二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区创建一个
java.lang.Class对象，用来封装类在方法区内的数据结构。在这个阶段，会执行类中声明的静态代码块。也就是类中的静态块执行时不需要等到类的初始化。

加载.class文件的方式

1、从本地系统中直接加载
2、通过网络下载.class文件
3、从zip,jar等归档文件中加载.class文件
4、从专有数据库中提取.class文件
5、将Java源文件动态编译为.class文件

类加载的最终产品是位于堆区中的class对象，Class对象封装了类在方法区内的数据结构，并向Java程序员提供了访问方法区内的数据机构的接口.

我们可以通过类名.class来获取一个类的类型的引用，通过new 类名().getClass()来获取一个实例变量的类的引用

类的加载机制

从JDK1.2开始类加载采用父亲委托机制。除了Java虚拟机自带的根类加载器以外，其余的类加载器都有且只有一个父加载器。当Java程序骑牛加载器加载某个类时，加载器会首先委托自己的父加载器去加载该类，若父加载器能加载，则由父加载器完成加载任务，否则才由自加载器去加载。



同时，所有能成功返回Class对象的引用的类加载器(包括定义类加载器，即包括定义类加载器和它下面的所有子加载器)都被称为初始类加载器。

假设loader1实际加载了Sample类，则loader1为Sample类的定义类加载器

二、连接

类加载完成后就进入了类的连接阶段，连接阶段主要分为三个过程分别是：验证，准备和解析。在连接阶段，主要是将已经读到内存的类的二进制数据合并到虚拟机的运行时环境中去。

验证

这个阶段主要目的是保证Class流的格式是正确的。主要验证的内容包括：
1、文件格式的验证
是否以0xCAFEBABE开头
版本号是否合理
2、元数据的验证
是否有父类
是否继承了final类
非抽象类实现了所有抽象方法
3、字节码验证
运行检查
栈数据类型和操作码数据参数吻合
跳转指令指定到合理的位置
4、符号引用验证
常量池中描述类是否存在
访问的方法或字段是否存在且有足够的权限

准备

这个阶段主要是为对象和变量分配内存，并为类设置初始值（方法区中）

对于static类型变量在这个阶段会为其赋值为默认值，比如public static int v=5,在这个阶段会为其赋值为v=0，而对于static final类型的变量，在准备阶段就会被赋值为正确的值

解析

在这个阶段会将符号引用转换成直接引用。

原来的符号引用仅仅是一个字符串，而引用的对象不一定被加载，直接引用只的是将引用对象的指针或者地址偏移量指向真正的对象，将字符串所指向的对象加载到内存中。

三、初始化

在这个阶段主要执行类的构造方法。并且为静态变量赋值为初始值，执行静态块代码。

类的初始化步骤

1、假如这个类还没有被加载和连接，那就先进行加载和连接

2、假如类存在直接的父类，并且这个父类还没有被初始化，那就先初始化它的父类

3、假如类中存在初始化语句时，那就依次执行这些初始化语句。

类的初始化时机

所有的Java类只有在对类的首次主动使用时才会被初始化。主动使用的情况有六中，其他情况都属于被动使用：

1、 创建类的实例

2、访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值

3、调用类的静态方法

4、反射（Class.fotName）

5、初始化一个类的子类

6、Java虚拟机启动时被标明为启动类的类（面方法所在的类）

注意：1、当Java虚拟机初始化一个类时，要求他的所有父类都已经被初始化，但是这条规则并不适合接口。在初始化一个类或接口时，并不会先初始化它所实现的接口。

2、只有当程序访问的静态变量或静态方法确实在当前类或当前接口中定义时，才可以认为是对类或接口的主动使用。如果静态方法或变量在parent中定义，从子类进行调用，则不会初始化子类。

四、实战分析

1、

public class testStatic {
public static void main(String args[]){
Singleton singleton=Singleton.getInstance();
System.out.println(singleton.count1);
System.out.println(singleton.count2);
}
}

class Singleton{
private static Singleton singleton=new Singleton();
public static int count1;
public static int count2=0;

private Singleton(){
count1++;
count2++;
}

public static Singleton getInstance(){
return singleton;
}
}

查看输出结果：



但是如果我将构造方法和赋值语句调换位置如下：

class Singleton{

public static int count1;
public static int count2=0;
private static Singleton singleton=new Singleton();//调换了位置
private Singleton(){
count1++;
count2++;
}

public static Singleton getInstance(){
return singleton;
}
}

结果如下：



分析原因：1、在main方法中调用单利模式创建类的实例时，是对类的主动使用，同时在类的初始化时，会执行类的构造方法，在第一种情况下，执行完构造方法时，

Java虚拟机会对类中的静态变量进行复制，所以按顺序执行count1没有被赋值，还是count1++=1，而count2=0所以又重新被赋值为0了。

2、而第二种情况，是先赋值，再执行构造方法，所以结果为1,1.这个小例子说明类在初始化时，类里面的静态变量赋值语句和构造方法执行时是有先后顺序的。

2、第二个小例子

class FinalTest {
// public static final int x=new Random().nextInt(100); //需要在运行时赋值，所以需要进行初始化
public static final int x=2; //在编译时已经确定，不需要进行初始化
static
{
System.out.println("static block");
}
}
public class testfinal{
static{
System.out.println("作为启动类测试");
}
public static void main(String args[]){
System.out.println(FinalTest.x);
}
}

在两种情况声明x，产生的结果是不一样的。

public static final int x=new Random().nextInt(100);

结果：



public static final int x=2

结果：



分析原因：

1、两种情况都输出了”作为启动类测试”，这是因为这个静态块放在了main函数所在的类作为了启动类，所以这属于对类的主动使用，所以每次都会执行这个静态块。

2、第一种情况输出了”static block”是因为在声明x时是new Random.nextInt(100)，而这句声明在编译时是不能确定x的具体的值的。所以在运行时，需要去计算x的值，这就相当于调用了类中的静态变量。所以会去初始化该类。

3、第二种情况没有输出”static block”是因为x=2，而这条语句编译器在编译时就能确定x的值，所以在运行时直接调用它的值就可以了，不需要去初始化这个类。所以不会去执行静态块。

以上就是Java类从加载，连接到初始化的整个过程。