Class的生命周期

转自http://blog.csdn.net/zhengzhb/article/details/7517213

Class的生命周期就是指一个class文件（字节码）从加载到卸载的全过程。

当一个类被装载、连接、初始化后，它的生命周期就开始了，当代表该类的Class对象不再被引用、即已经不可触及的时候，Class对象的生命周期结束。那么该类的方法区内的数据也会被卸载，从而结束该类的生命周期。

一个类的生命周期取决于它Class对象的生命周期，经历加载、连接、初始化、使用、和卸载五个阶段。

首先来了解一下jvm（java虚拟机）中的几个比较重要的内存区域，这几个区域在java类的生命周期中扮演着比较重要的角色：
方法区：在java的虚拟机中有一块专门用来存放已经加载的类信息、常量、静态变量以及方法代码的内存区域，叫做方法区。
常量池：常量池是方法区的一部分，主要用来存放常量和类中的符号引用等信息。
堆区：用于存放类的对象实例。
栈区：也叫java虚拟机栈，是由一个一个的栈帧组成的后进先出的栈式结构，栈桢中存放方法运行时产生的局部变量、方法出口等信息。当调用一个方法时，虚拟机栈中就会创建一个栈帧存放这些数据，当方法调用完成时，栈帧消失，如果方法中调用了其他方法，则继续在栈顶创建新的栈桢。
除了以上四个内存区域之外，jvm中的运行时内存区域还包括本地方法栈和程序计数器，这两个区域与java类的生命周期关系不是很大，在这里就不说了，感兴趣的朋友可以自己百度一下。

 类的加载（Load Class）

包含了以下三个步骤：

1.装载 Loading

查找Class的二进制文件（.class），把类的信息加载到JVM的方法区中，对其进行部分检验（类文件的魔数，文件长度，是否有父类等）；在堆区中实例化一个java.lang.Class对象，作为方法区中这个类的信息的入口。

加载方式有多种：A. 在classPath下找相应class文件；B. 从jar文件中读取；C. 从网络中获取；D. 实时生成，如设计模式中的动态代理模式；E. 从非class文件中获取，这些文件在jvm中运行之前也会被转换为可识别的字节码文件。

       一般来说加载和连接是同步的，但有时候也会交叉进行，但是两者的开始和结束是顺序的。

       对于加载的时机，各个虚拟机的做法并不一样，但是有一个原则，就是当jvm“预期”到一个类将要被使用时，就会在使用它之前对这个类进行加载。比如说，在一段代码中出现了一个类的名字，jvm在执行这段代码之前并不能确定这个类是否会被使用到，于是，有些jvm会在执行前就加载这个类，而有些则在真正需要用的时候才会去加载它，这取决于具体的jvm实现。我们常用的hotspot虚拟机是采用的后者，就是说当真正用到一个类的时候才对它进行加载。
加载阶段是类的生命周期中的第一个阶段，加载阶段之后，是连接阶段。有一点需要注意，就是有时连接阶段并不会等加载阶段完全完成之后才开始，而是交叉进行，可能一个类只加载了一部分之后，连接阶段就已经开始了。但是这两个阶段总的开始时间和完成时间总是固定的：加载阶段总是在连接阶段之前开始，连接阶段总是在加载阶段完成之后完成。

 

2.链接 Linking

将对应的字节码文件读入到JVM中（其中解析步骤是可以选择的）

验证：当一个类被加载之后，必须要验证一下这个类是否合法，比如这个类是不是符合字节码的格式、变量与方法是不是有重复、数据类型是不是有效、继承与实现是否合乎标准等等。总之，这个阶段的目的就是保证加载的类是能够被jvm所运行。

准备：准备阶段的工作就是为类的静态变量分配内存并设为jvm默认的初值，对于非静态的变量，则不会为它们分配内存。有一点需要注意，这时候，静态变量的初值为jvm默认的初值，而不是我们在程序中设定的初值。jvm默认的初值是这样的：
基本类型（int、long、short、char、byte、boolean、float、double）的默认值为0。
引用类型的默认值为null。
常量的默认值为我们程序中设定的值，比如我们在程序中定义final static int a = 100，则准备阶段中a的初值就是100。

解析：这一阶段的任务就是把常量池中的符号引用转换为直接引用。那么什么是符号引用，什么又是直接引用呢？我们来举个例子：我们要找一个人，我们现有的信息是这个人的身份证号是1234567890。只有这个信息我们显然找不到这个人，但是通过公安局的身份系统，我们输入1234567890这个号之后，就会得到它的全部信息：比如安徽省黄山市余暇村18号张三，通过这个信息我们就能找到这个人了。这里，123456790就好比是一个符号引用，而安徽省黄山市余暇村18号张三就是直接引用。在内存中也是一样，比如我们要在内存中找一个类里面的一个叫做show的方法，显然是找不到。但是在解析阶段，jvm就会把show这个名字转换为指向方法区的的一块内存地址，比如c17164，通过c17164就可以找到show这个方法具体分配在内存的哪一个区域了。这里show就是符号引用，而c17164就是直接引用。在解析阶段，jvm会将所有的类或接口名、字段名、方法名转换为具体的内存地址。
连接阶段完成之后会根据使用的情况（直接引用还是被动引用）来选择是否对类进行初始化。

 

3.初始化 Initializing

3.1如何初始化

类的初始化过程是这样的：按照顺序自上而下运行类中的变量赋值语句和静态语句，如果有父类，则首先按照顺序运行父类中的变量赋值语句和静态语句.

遇到多线程并发的时候，会自动加锁，其他的线程会被阻塞。直到执行完毕.

在类的初始化阶段，只会初始化与类相关的静态赋值语句和静态语句，也就是有static关键字修饰的信息，而没有static修饰的赋值语句和执行语句在实例化对象的时候才会运行。

3.2 哪些会被初始化

在Java中类的引用分为直接引用和被动引用，
如果一个类被直接引用，就会触发类的初始化。在java中，直接引用的情况有：
(1)通过new关键字实例化对象、读取或设置类的静态变量、调用类的静态方法。
(2)通过反射方式执行以上三种行为。
(3)初始化子类的时候，会触发父类的初始化。
(4)作为程序入口直接运行时（也就是直接调用main方法）。
除了以上四种情况，其他使用类的方式叫做被动引用，而被动引用不会触发类的初始化。请看主动引用的示例代码：

只有直接引用，会触发类的初始化：其他使用类的方式都叫被动引用，如：
a) 定义类数组；b) 引用类的静态常量；c) 引用父类的静态域，只会触发父类的初始化，而不会触发子类的初始化。
从上面能看出，初始化的原则是，只初始化要用到的。在主动引用中，实例化(new/main)、使用静态域都是被用到了；
而子类依赖了父类，所以也会触发初始化。在被动引用中，a中的类型只是用于编译器的校验，而b中的静态常量是在链接中的准备阶段已经完成了，
所以两者都用不上去初始化；另外c中只用到了父类的静态域，所以就没必要触发子类。

public class LoaderLazy {  

    publicstatic String HELLO = "Hello";  

    static{  

       System.out.println("Init parent");  

    }  

class SubLoaderLazy extends LoaderLazy{  

   static{  

       System.out.println("Init sub");  

    }  

}  

System.out.println(SubLoaderLazy.HELLO);  

 

console：

Init parent

        能看出上面只初始化了父类。那如果我们把HELLO属性放在子类SubLoaderLazy中，子类也会被初始化。

console：

Init parent

Init sub

 

4. 实例化 NewInstance

类的初始化完成后，我们就可以创建对象实例了。

相比初始化只执行类的静态域（静态变量/代码块），类的实例化是执行类的实例域（非静态变量/代码块）和构造函数，并且在堆区创建一个类的实例对象。

（在实例化时，如果没有指定构造函数，JVM会自动构造一个无参构造函数。）

类的实例化，一般在使用new创建对象，或者Class.newInstance()时执行。

 

5. 回收卸载 GC

        Class作为JVM中的一个特殊对象，也会被GC回收卸载。

        Class的卸载就是清空方法区中Class的信息和堆区中的java.lang.Class对象。这时Class的声明周期就结束了。

        SUN的原话：“class or interface may be unloaded if andonly if its class loader isunreachable. Classesloaded by the BootstrapClassLoadermay not be unloaded”。

 

        Class被回收要满足以下三个条件:

a)        No Instance：该类所有的实例都已经被GC;该类所有的实例都已经被回收，也就是java堆中不存在该类的任何实例。

b)        No ClassLoader：加载该类的ClassLoader实例已经被GC;加载该类的ClassLoader已经被回收。

c)        No Reference：该类的java.lang.Class对象没有被引用。(XXX.class,静态变量/方法),该类对应的java.lang.Class对象没有任何地方被引用，

无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

如果以上三个条件全部满足，jvm就会在方法区垃圾回收的时候对类进行卸载，类的卸载过程其实就是在方法区中清空类信息，java类的整个生命周期就结束了。

 

        另外，有些Class是不会被回收的：

1、根据JVM和JLS的规范，由Bootstrap类加载器加载的Class在整个运行期间是不会被卸载的。

2、被Extension类加载器 和System类加载器加载的Class在运行期间不太可能被卸载，因为这些实例基本上在整个运行期间总能直接或者间接的访问的到，其达到unreachable的可能性极小。

3、开发者自定义的类加载器加载的Class只有在很简单的上下文环境中才能被卸载，稍微复杂点的应用场景中，很难有符合上面3个条件的Class。

综合以上三点，一个已经加载的Class被卸载的几率很小；而且卸载时间也是不可控的。而且Class占用的内存空间不大，一般不用考虑。