Class初始化过程

概述

一个 class 文件被加载到内存中需要经过三大步:装载、链接、初始化。其中链接又可以细分为:验证、准备、解析三小步。如图所示:

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装载

装载是指JVM找到class文件生成字节流,然后根据字节流创建java.lang.Class对象的过程。

过程如下

  • ClassLoader通过一个类的包名+类型来查找.class文件。并生成二进制字节流。

  • 把class文件解析为JVM内部的数据结构,并存储在方法区。(这种解析类似json文件解析成运行时的bean类)

  • 在内存中创建一个java.lang.Class类型的对象。

加载时机

  • 隐式装载:在程序运行过程中,当碰到通过new等方式生成对象时,系统会隐式调用ClassLoader去装载对应的class到内存中。

  • 显示装载:在编写源代码时,主动调用Class.forName()等方法也会进行class装载操作,这种方式通常称为显示装载。

链接

链接过程分为 3 步:验证、准备、解析。

验证

验证是链接的第一步,目的是为了确保.class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求,并且不会危及虚拟机本身的安全。主要包含以下几个方面的检验。

  • 文件格式检验:检验字节流是否符合class文件格式的规范,并且能被当前版本的虚拟机处理。

  • 元数据检验:对字节码描述的信息进行语义分析,以保证其描述的内容符合 Java 语言规范的要求。

  • 字节码检验:通过数据流和控制流分析,确定程序语义是合法、符合逻辑的。

  • 符号引用检验:符号引用检验可以看作是对类自身以外(常量池中的各种符号引用)的信息进行匹配性校验。

准备

准备是链接的第 2 步,这一阶段的主要目的是为类中的静态变量分配内存,并为其设置“0值”。

解析

解析是链接的最后一步,这一阶段的任务是把常量池中的符号引用转换为直接引用,也就是具体的内存地址。在这一阶段,JVM会将常量池中的类、接口名、字段名、方法名等转换为具体的内存地址。

初始化

这是 class 加载的最后一步,这一阶段是执行类构造器方法的过程,并真正初始化类变量。比如:

1
public static int value = 100;

在准备阶段 value 被分配内存并设置为 0,在初始化阶段 value 就会被设置为 100。

初始化的时机

对于装载阶段,JVM 并没有规范何时具体执行。但是对于初始化,JVM规范中严格规定了 class 初始化的时机,主要有以下几种情况会触发 class 的初始化:

  • 虚拟机启动时,初始化包含 main 方法的主类;

  • 遇到 new 指令创建对象实例时,如果目标对象类没有被初始化则进行初始化操作;

  • 当遇到访问静态方法或者静态字段的指令时,如果目标对象类没有被初始化则进行初始化操作;

  • 子类的初始化过程如果发现其父类还没有进行过初始化,则需要先触发其父类的初始化;

  • 使用反射 API 进行反射调用时,如果类没有进行过初始化则需要先触发其初始化;

  • 第一次调用 java.lang.invoke.MethodHandle 实例时,需要初始化 MethodHandle 指向方法所在的类。

初始化创建的顺序

静态变量/静态代码块 -> 普通代码块 -> 构造函数

  • 父类静态变量和静态代码块;

  • 子类静态变量和静态代码块;

  • 父类普通成员变量和普通代码块;

  • 父类的构造函数;

  • 子类普通成员变量和普通代码块;

  • 子类的构造函数。

总结

主要介绍了.class文件被加载到内存中所经过的详细过程,主要分3大步:装载、链接、初始化。其中链接中又包含验证、准备、解析3小步。

  • 装载:指查找字节流,并根据此字节流创建类的过程。装载过程成功的标志就是在方法区中成功创建了类所对应的Class对象。

  • 链接:指验证创建的类,并将其解析到JVM中使之能够被JVM执行。

  • 初始化:则是将标记为static的字段进行赋值,并且执行static标记的代码语句 。

参考

拉勾教育 - Android 工程师进阶34讲

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