JVM:类加载过程

java运行过程可以分为 编译 》 类加载 》 执行

类加载主要是由jvm虚拟机负责的,过程非常复杂,类加载分三步 加载 》 连接 》初始化,(这里的加载和本文标题的类加载是不同的,标题的类加载包含了完整的三个步骤)下面详细说说每一步的过程

  • 加载:
    这个很简单,程序运行之前jvm会把编译完成的.class二进制文件加载到内存,供程序使用,用到的就是类加载器classLoader ,这里也可以看出java程序的运行并不是直接依 靠底层的操作系统,而是基于jvm虚拟机。如果没有类加载器,java文件就只是磁盘中的一个普通文件。
  • 连接:
    连接是很重要的一步,过程比较复杂,分为三步 验证 》准备 》解析   
    • 验证:确保类加载的正确性。一般情况由javac编译的class文件是不会有问题的,但是可能有人的class文件是自己通过其他方式编译出来的,这就很有可能不符合jvm的编 译规则,这一步就是要过滤掉这部分不合法文件 
    • 准备:为类的静态变量分配内存,将其初始化为默认值 。我们都知道静态变量是可以不用我们手动赋值的,它自然会有一个初始值 比如int 类型的初始值就是0 ;boolean类型初始值为false,引用类型的初始值为null 。 这里注意,只是为静态变量分配内存,此时是没有对象实例的 
    • 解析:把类中的符号引用转化为直接引用。解释一下符号引用和直接引用。比如在方法A中使用方法B,A(){B();},这里的B()就是符号引用,初学java时我们都是知道这是java的引用,以为B指向B方法的内存地址,但是这是不完整的,这里的B只是一个符号引用,它对于方法的调用没有太多的实际意义,可以这么认为,他就是给程序员看的一个标志,让程序员知道,这个方法可以这么调用,但是B方法实际调用时是通过一个指针指向B方法的内存地址,这个指针才是真正负责方法调用,他就是直接引用。
  • 初始化:
    为类的静态变量赋予正确的初始值,上述的准备阶段为静态变量赋予的是虚拟机默认的初始值,此处赋予的才是程序编写者为变量分配的真正的初始值
    现在java程序的执行就可以分为

类加载的内存分析

类的加载过程我们已经了解,现在来分析一下类加载的内存分配,
类加载到底是什么呢?其实类加载不过就是居民虚拟机为类分配了几块内存空间,说的具体一点,就是jvm虚拟机将类的.class文件加载到内存,并将它放到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
这里可能很多人不知道什么是运行时方法区。我们简单了解一下jvm虚拟机的内存管理
Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域。这些区域都有各自的用途,以及创建和销毁的时间,有的区域随着虚拟机进程的启动而存在,有些区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁。java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域

方法区:用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据
堆区:存放对象实例,几乎所有的对象实例都在这里分配内存
也就是说,类被加载后,方法区会被分出一块内存,存储这个类的所有信息,但是这个内存块存储的依然是.class文件,并不能被我们使用,我们还需要一个能被直接使用的对象,此时堆区就开始发挥作用。类的信息被存储在方法区后,jvm虚拟机又会堆区创建一个java.lang.Class对象,这个对象就好像方法区对应类的一个镜子,把方法区存储的类的结构全部反射过来,然后封装起来,成为了一个Class类的对象(此处运用到反射知识)。这个Class对象与对应的类是一对一服务,因为他有类的结构信息,所以他自然可以构造出一个类的对象。我们平时使用的对象就是由这个Class类的对象生成。到此,类的加载已经完成,但是此时依旧没有我们需要使用的对象产生(这里比较绕,说的比较啰嗦)

来个总结

  • 类的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,并且向Java程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口

说完了类的加载过程,我们还要绕回去,谈谈类为什么会被加载,如何触发jvm虚拟机加载一个类?
先来一句看不懂的话:所有的Java虚拟机实现必须在每个类或接口被Java程序“ 首次主动使用”时才初始化他们
什么意思 ?
Java程序对类的使用方式可分为两种

  • 主动使用
  • 被动使用
    被动使用以后再讲,这里说说什么是主动使用,java对类的主动使用有六种情况
  • 创建类的实例
  • 访问某个类或接口的静态变量,或者对该静态变量赋值
  • 调用类的静态方法
  • 反射(如Class.forName(“com.shengsiyuan.Test”))
  • 初始化一个类的子类(先初始化所有的父类,最后初始化本身,接口除外,类初始化的时候,它所实现的接口不会初始化,就算字接口初始化,父接口也不会初始化,只有当程序调用接口的静态变量的时候才会导致接口的初始化)
  • Java虚拟机启动时被标明为启动类的类
    这里唯一需要解释的可能就是最后一个,什么叫被标记为启动类的类呢
    比如我们有一个Hello.java文件,但是里面包含了class Hello ,class Person1 ,class Person2,我们在控制台运行的时候会写java Hello,这个class Hello就是被标记为启动类的类。简单说就是拥有main方法的类
    以上的六个活动在第一次发生时,都会促使jvm虚拟机加载类。
    除了上述六种情况以外,其他情况都属于类的被动调用,主动调用和被动调用的区别请看下面代码
class Test2{
  public static final int n = 2;

  static{
    System.out.println("test");
  }
}
public class Test1 {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println(Test2.n);
  }
}

大家思考一下会出现什么?不管你的答案是什么,正确答案是2 。 Test2中的静态代码块是没有运行的,因为Test2并没有初始化
注意,这里的final关键字不可缺少,我们知道变量被关键字fianl修饰之后就不可修改,亦即此变量相当于编译期常量(是相当于并非就是常量),常量在java编译期已经确定,不需要初始化,但是把fianal去掉,
或者把 final int n = 2 改为 final int n = new Random()。,运行的结果将变为 test ,2 ,因为n的值为变量或者n值在编译期不能确定,就必须经过初始化才能使用n的值。

posted @ 2020-01-20 14:02  weigen-  阅读(178)  评论(0编辑  收藏  举报