看懂Class文件的裝載流程

Class文件的加載過程

ClassLoader的工做模式

類的熱加載

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1 Class文件的裝載流程

只有被java虛擬機裝載的Class類型才能在程序中使用（注意裝載和加載的區別）

1.1 類裝載的條件

 Class只有在必需要使用的時候纔會被裝載，Java虛擬機不會無條件的裝載Class類型。Java虛擬機規定：一個類或者接口在初次使用時，必須進行初始化。這裏的使用指的是主動使用，主動使用有如下幾種狀況：

• 當建立一個類的實例時，好比使用new關鍵字，或者經過反射、克隆、反序列化。
• 當調用類的靜態方法時，即當使用了字節碼invokestatic指令
• 當使用類或者接口的靜態字段時（final常量除外），即便用getstatic或者putstatic指令
• 當使用java.lang.reflect包中的方法反射類的方法時
• 當初始化子類時，必須先初始化父類
• 做爲啓動虛擬機、含有main方法的那個類

除了以上狀況屬於主動使用外，其餘狀況均屬於被動使用，被動使用不會引發類的初始化。

例1：主動使用

public class Parent{

　　static{

　　　　System.out.println("Parent init");

　　}

}

public class Child{

　　static{

　　　　System.out.println("Child init");

　　}

}

public class InitMain{

　　public static void main(String[] args){

　　　　Child c = new Child();

　　}

}

以上聲明瞭3個類：Parent Child InitMain，Child類爲Parent類的子類。若Parent被初始化，根據代碼中的static塊可知，將會打印"Parent init"，若Child被初始化，則會打印"Child init"。執行InitMain，結果爲：

Parent init 

Child init

由此可知，系統首先裝載Parent類，接着裝載Child類。符合主動裝載中的兩個條件，使用new關鍵字建立類的實例會裝載相關的類，以及在初始化子類時，必須先初始化父類。

例2 ：被動裝載

public class Parent{

　　static{

　　　　System.out.println("Parent init ");

　　}

　　public static int v = 100; //靜態字段

}

public class Child extends Parent{

　　static{

　　　　System.out.println("Child init");

　　}

}

public class UserParent{

　　public static void main(String[] args){

　　　　System.out.println(Child.v);

　　}

}

Parent中有靜態變量v，而且在UserParent中，使用其子類Child去調用父類中的變量。

運行代碼：

Parent init

100

雖然在UserParent中，直接訪問了子類對象，可是Child子類並未初始化，只有Parent父類進行初始化。因此，在引用一個字段時，只有直接定義該字段的類，纔會被初始化。

注意：雖然Child類沒有被初始化，可是，此時Child類已經被系統加載，只是沒有進入初始化階段。

能夠使用-XX:+ThraceClassLoading 參數運行這段代碼，查看日誌，即可以看到Child類確實被加載了，只是初始化沒有進行

 

例3 ：引用final常量

public class FinalFieldClass{

　　public static final String constString = "CONST";

　　static{

　　　　System.out.println("FinalFieldClass init");

　　}

}

public class UseFinalField{

　　public static void main(String[] args){

　　　　System.out.println(FinalFieldClass.constString);

　　}

}

運行代碼：CONST

FinalFieldClass類沒有由於其常量字段constString被引用而初始化，這是由於在Class文件生成時，final常量因爲其不變性，作了適當的優化。

分析UseFinalField類生成的Class文件，能夠看到main函數的字節碼爲：

在字節碼偏移3的位置，經過Idc將常量池第22項入棧，在此Class文件中常量池第22項爲：

#22 = String        #23     //CONST

#23 = UTF8         CONST

由此能夠看出，編譯後的UseFinalField.class中，並無引用FinalFieldClass類，而是將其final常量直接存放在常量池中，所以，FinalFiledClass類天然不會被加載。（javac在編譯時，將常量直接植入目標類，再也不使用被引用類）經過捕獲類加載日誌（部分日誌）能夠看出：

注意：並非在代碼中出現的類，就必定會被加載或者初始化，若是不符合主動使用的條件，類就不會被初始化。

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1.2 類裝載的整個過程

1）加載類

加載類處於類裝載的第一個階段。

加載類時，JVM必須完成：

• 經過類的全名，獲取類的二進制數據流
• 解析類的二進制數據流爲方法區內的數據結構
• 建立java.lang.Class類的實例，表示該類型

2）鏈接

 1 驗證類：

當類被加載到系統後，就開始鏈接操做，驗證是鏈接的第一步。

主要目的是保證加載的字節碼是符合規範的。驗證的步驟如圖：

2 準備

當一個類驗證經過後，虛擬機就會進入準備階段，在這個階段，虛擬機會爲這個類分配相應的內存空間，並設置初始值。

java虛擬機爲各類類型變量默認的初始值如表：

類型	默認初始值
int	0
long	0L
short	(short)0
char	\u0000
boolean	false
reference	null
float	0f
double	0f

 

 

 

 

 

 

 

 

 注意：java並不支持boolean類型，對於boolean類型，內部實現是Int，因爲int的默認值是0，故對應的，boolean的默認值是false

若是類屬於常量字段，那麼常量字段也會在準備階段被附上正確的值，這個賦值屬於java虛擬機的行爲，屬於變量的初始化。事實上，在準備階段，不會有任何java代碼被執行。

3 解析類

在準備階段完成後，就進入瞭解析階段。

解析階段的任務就是將類、接口、字段和方法的符號引用轉爲直接引用。

符號引用就是一些字面量的引用，和虛擬機的內部數據結構和內存佈局無關。比較容易理解的就是在Class類文件中，經過常量池進行大量的符號引用。

具體能夠使用JclassLib軟件查看Class文件的結構：：：

 

3）初始化

初始化時類裝載的最後一個階段。若是前面的步驟沒有出現問題，那麼表示類能夠順利裝載到系統中。此時，類纔會開始執行java字節碼。

初始化階段的重要工做是執行類的初始化方法<clinit>。方法<clinit>是由編譯器自動生成的，它是由類靜態成員的賦值語句以及static語句塊合併產生的。

 例如：

public class SimpleStatic{

　　public static int id = 1;

　　public static int number;

　　static{

　　　　number = 4;

　　}

}

java編譯器爲這段代碼生成以下的<clinit>:

0 iconst_1
1 putstatic #2 <Demo.id>
4 iconst_4
5 putstatic #3 <Demo.number>
8 return

能夠看出，生成的<clinit>函數中，整合了SimpleStatic類中的static賦值語句以及static語句塊，前後對id和number兩個成員變量進行賦值

因爲在加載一個類以前，虛擬機老是會試圖加載該類的父類，所以父類的<clinit>老是在子類<clinit>以前被調用。也就是說，子類的static塊優先級高於父類。

public class ChildStatic extends Demo{
　　static{
　　　　number = 2;
　　}
　　public static void main(String[] args){
　　　　System.out.println(number);
　　}
}

運行可知：

2

說明父類的<clinit>老是在子類<clinit>以前被調用。

注意：java編譯器並非爲全部的類都產生<clinit>初始化函數，若是一個類既沒有賦值語句，也沒有static語句塊，那麼生成的<clinit>函數就應該爲空，所以，編譯器就不會爲該類插入<clinit>函數

例如：

public class StaticFinalClass{

　　public static final int i=1;

　　public static final int j=2;

}

因爲StaticFinalClass只有final常量，而final常量在準備階段初始化，而不在初始化階段處理，所以對於StaticFinalClass類來講，<clinit>就無事可作，所以，在產生的class文件中沒有該函數存在。