Java中类的一生是如何度过的？

文章目录

• • 1. 类的生命周期
  • 2. 类加载过程
  • • 2.1. 加载
    • 2.2. 验证
    • 2.3. 准备阶段
    • 2.4. 解析
    • 2.5. 初始化
    • 2.6. 卸载
  • 3. 总结

1. 类的生命周期

一个类的完整生命周期如下：

2. 类加载过程

Class 文件需要加载到虚拟机中之后才能运行和使用，那么虚拟机是如何加载这些 Class 文件呢？

系统加载 Class 类型的文件主要三步： 加载 --> 连接 --> 初始化 。连接过程又分为三步：验证 --> 准备 --> 解析 。

2.1. 加载

类加载过程的第一步，主要完成下面3件事情：

1. 通过全类名获取定义此类的二进制字节流。
2. 将字节流所代表的静态存储结构转换方法为方法区的运行时数据结构。
3. 在内存中生成一个代表该类的 Class 对象，作为方法区这些数据的访问入口。

虚拟机规范上面这3点并不具体，因此是非常灵活的。比如：”通过全类名获取定义此类的二进制字节流“ 并没有指明具体从哪里获取，怎样获取。比如：比较常见的就是从 ZIP 包中读取（日后出现的 AR、EAR、WAR 格式的基础）、其他文件生成（典型应用就是 JSP） 等等。

一个非数组类的加载阶段（加载阶段获取类的二进制字节流的动作）是可控性最强的阶段，这一步我们可以去完成还可以自定义类加载器去控制字节流的获取方式（重写一个类加载器的 loadClass() 方法）。数组类型不通过类加载器创建，它由 Java 虚拟机直接创建。

加载阶段和连接阶段的部分内容是交叉进行的，加载阶段尚未结束，连接阶段可能就已经开始了。

2.2. 验证

a. 文件格式验证：

验证字节流是否符合 Class 文件格式的规范。例如：是否以’0xCAFEBABE‘ 开头、主次版本号是否在当前虚拟机的处理范围之内、常量池中的常量是否有不被支持的类型。

b. 元数据验证

对字节码描述的信息进行语义分析（注意：对比 Javac 编译阶段的语义分析），以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求。例如：这个类是否有父类（除java.lang.Object 之外所有类都有父类）、这个类是否被继承了不允许继承的类（被 final 修饰的类）等等。

c. 字节码验证

最复杂的一个阶段，通过数据流和控制流分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的。比如：保证任意时刻操作数栈和指令代码序列都能配合工作。

d. 符号引用验证

确保解析动作能正确执行。

2.3. 准备阶段

准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段。这些内存都将在方法区中分配。对于该阶段有以下几点需要注意：

1. 这时候进行内存分配的仅包括类变量（static），而不包括实例变量，实例变量会在对象实例化时随着对象一块分配在 Java 堆中。
2. 这里所设置的初始值 ”通常情况下“ 下是数据类型默认的零值（如：0、0L、null、false等），比如我们定义了 public static int value = 111 ，那么 value 变量在准备阶段的初始值就是 0 而不是 111 （初始化阶段才会赋值）。特殊情况：比如给 value 变量加上了 final 关键字 public static final int value = 111 ，那么准备阶段 value 的值就被赋值为 111。

基本数据类型的零值：

数据类型	零值
int	0
long	0L
short	(short) 0
char	‘\u0000’
byte	(byte) 0
boolean	false
float	0.0f
double	0.0d
reference	Null

2.4. 解析

解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。解析动作主要针对类或接口、字节、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用限定符 7类符号引用。

符号引用就是一组符号来描述目标，可以是任何字面量。直接引用 就是直接指向目标的指针、相对偏移量 或 一个间接定位 到目标的句柄。在程序实际运行时，只有符号引用是不够的。举个例子：在程序执行方法时，系统需要明确知道这个方法所在的位置。 Java 虚拟机为每个类都准备了一张方法表来存放类中所有的方法。当需要调用一个类中方法的时候，只要知道这个方法在方法表中的偏移量就可以直接调用该方法了。通过解析操作符号引用就可以直接转标为目标方法在类中方法表的位置，从而使得方法可以被调用。

综上所述，解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程，也就是得到类或者字段、方法在内存中的指针或者偏移量。

2.5. 初始化

初始化是类加载的最后一步，也是真正执行类中定义的 Java 程序代码（字节码），初始化阶段值执行初始化方法<clinit>() 方法的过程。

对于<clinit>() 方法的调用，虚拟机会自己确保其在多线程环境的安全性。因为<clinit>()方法时带锁线程安全，所以在多线程环境下进行类初始化的话可能会引起死锁，并且这种死锁很难被发现。

对于初始化阶段，虚拟机严格规范了有且只有6种情况下，必须对类进行初始化（只有主动使用类才会初始化类）：

1. 当遇到new 、getstatic 、putstatic 、或 invokestatic 这四条直接码指令时，比如new一个类、读取一个静态字段（未被final修饰）、或调用一个类的静态方法时。
   • 当 jvm 执行 new 指令时会初始化类。即当程序创建一个类的实例对象。
   • 当 jvm 执行 getstatic 指令时会初始化类。即程序访问类的静态变量（不是静态常量、常量会被加载到运行时常量池）。
   • 当 jvm 执行 putstatic 指令时会初始化类。即程序给类的静态变量赋值。
   • 当 jvm 执行 invokestatic 指令时会初始化类。即程序调用类的静态方法。
2. 使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用时如：Class.forName("...")、newInstance() 等。如果类没初始化，需要出发其初始化。
3. 初始化一个类，如果其父类还未初始化，则先触发该父类的初始化。
4. 当虚拟机启动时，用户需要定义一个要执行的朱磊（包含main方法的那个类），虚拟机会先初始化这个类。
5. MethodHandler 和 VarHandler 可以看作是轻量级的反射调用机制，而要想使用这2个调用，就必须要先使用 findStaticVarHandler 来初始化要调用的类。
6. 当一个接口中定义了 JDK 8 新加入的默认方法（被default 关键字修饰的接口方法）时，如果有这个接口的实现类发生了初始化，那该接口要在其之前被初始化。

2.6. 卸载

卸载类即该类的Class对象被GC。

卸载类需要满足三个要求：

1. 该类的所有的实例对象都已被 GC ，也就是说堆不存在该类的实例对象。
2. 该类没有在其他任何地方被引用。
3. 该类的类加载器的石磊已被 GC。

所以，在 JVM 生命周期类，由 jvm 自带的类加载器加载的类是不会被卸载的。但是有我们自定义的类加载器加载的类是可能被卸载的。

只要想通一点就好了，jdk 自带的 BootStarpClassLoader 、 ExtClassLoader 、AppClassLoader 负责加载 jdk 提供的类，所以它们（类加载器的实例）肯定不会被回收。而我们自定义的类加载器的实例是可以被回收的，所以使用我们自定义类加载器加载的类是可以被卸载掉的。

3. 总结

本篇文章讲解了 Java中类的一生是如何度过的，代码和笔记由于纯手打，难免会有纰漏，如果发现错误的地方，请第一时间告诉我，这将是我进步的一个很重要的环节。以后会定期更新算法题目以及各种开发知识点，如果您觉得写得不错，不妨点个关注，谢谢。

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