java类的加载机制

类的加载机制

什么是类的加载：

Java虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型，这就是虚拟机的加载机制。 

 

Java程序执行流程图：

 

JVM的大致物理结构：

 

类的生命周期：

 

类的加载包括了五个阶段：加载、验证、准备、解析、初始化。

类的生命周期包括了五个阶段：加载、连接、初始化、使用、卸载（垃圾回收机制）

其中验证，准备，解析三部分统称为连接 阶段。

在这五个阶段中，加载、验证、准备和初始化这四个阶段发生的顺序是确定的，而解析阶段则不一定，它在某些情况下可以在初始化阶段之后开始。

加载：

类的装载指的是将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在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。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。

 

在加载阶段，虚拟机要完成以下三件事：

1、通过一个类的全限定名来获取其定义的二进制字节流。

2、将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。

3、在Java堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为对方法区中这些数据的访问入口。

 加载阶段完成后，虚拟机外部的 二进制字节流就按照虚拟机所需的格式存储在方法区之中，而且在Java堆中也创建一个java.lang.Class类的对象，这样便可以通过该对象访问方法区中的这些数据。

连接：-验证：确保被加载的类的正确性

验证是连接阶段的第一步，这一阶段的目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。

验证会分四个阶段完成检验动作：

文件格式的验证：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。

流的概念：在程序中所有的数据都是以流的方式进行传输或保存的，程序需要数据的时候要使用输入流读取数据，而当程序需要将一些数据保存起来的时候，就要使用输出流完成。

程序中的输入输出都是以流的形式保存的，流中保存的实际上全都是字节文件。

字节流与字符流

在Java.io包中操作文件内容的主要有两大类：字节流、字符流，两类都分为输入和输出操作。在字节流中输出数据主要是使用OutputStream完成，输入使的是InputStream，在字符流中输出主要是使用Writer类完成，输入流主要使用Reader类完成。（这四个都是抽象类）

字符流处理的单元为2个字节的Unicode字符，分别操作字符、字符数组或字符串，而字节流处理单元为1个字节，操作字节和字节数组。所以字符流是由Java虚拟机将字节转化为2个字节的Unicode字符为单位的字符而成的，所以它对多国语言支持性比较好！如果是音频文件、图片、歌曲，就用字节流好点，如果是关系到中文（文本）的，用字符流好点
     所有文件的储存是都是字节（byte）的储存，在磁盘上保留的并不是文件的字符而是先把字符编码成字节，再储存这些字节到磁盘。在读取文件（特别是文本文件）时，也是一个字节一个字节地读取以形成字节序列

      字节流可用于任何类型的对象，包括二进制对象，而字符流只能处理字符或者字符串； 2. 字节流提供了处理任何类型的IO操作的功能，但它不能直接处理Unicode字符，而字符流就可以

什么是常量池：常量池在java用于保存在编译期已确定的，已编译的class文件中的一份数据。它包括了关于类，方法，接口等中的常量，也包括字符串常量，故认为常量池是JVM的一块特殊的内存空间。

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，除了java.lang.Object之外。

字节码验证：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。

符号引用验证：确保解析动作能正确执行。

  -准备：为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值。

准备阶段是正式为类变量分配内存并设置变量初始值得阶段，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是数据类型默认的零值（如0、0L、null、false等），而不是被在Java代码中被显式地赋予的值

假设一个类变量的定义为：public static int value = 3；

   那么变量value在准备阶段过后的初始值为0，而不是3，因为这时候尚未开始执行任何Java方法，而把value赋值为3的putstatic指令是在程序编译后，存放于类构造器<clinit>（）方法之中的，所以把value赋值为3的动作将在初始化阶段才会执行。

 

3、如果类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性，即同时被final和static修饰，那么在准备阶段变量value就会被初始化为ConstValue属性所指定的值。

假设上面的类变量value被定义为： public static final int value = 3；

   编译时Javac将会为value生成ConstantValue属性，在准备阶段虚拟机就会根据ConstantValue的设置将value赋值为3。回忆上一篇博文中对象被动引用的第2个例子，便是这种情况。我们可以理解为static final常量在编译期就将其结果放入了调用它的类的常量池中

 

-解析：把类中的符号引用转换为直接引用

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、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符7类符号引用进行。

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。

 

初始化：

为类的静态变量赋予正确的初始值，JVM负责对类进行初始化，主要对类变量进行初始化。

在Java中对类变量进行初始值设定有两种方式：

①声明类变量是指定初始值

②使用静态代码块为类变量指定初始值

JVM初始化步骤：

1、假如这个类还没有被加载和连接，则程序先加载并连接该类

 2、假如该类的直接父类还没有被初始化，则先初始化其直接父类

 3、假如类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句

 

类初始化时机：

只有当对类的主动使用的时候才会导致类的初始化，类的主动使用包括以下六种：

– 创建类的实例，也就是new的方式

– 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”)）

– 初始化某个类的子类，则其父类也会被初始化

– Java虚拟机启动时被标明为启动类的类（Java Test），直接使用java.exe命令来运行某个主类

 

结束生命周期

在如下几种情况下，java虚拟机将结束生命周期:

– 执行了System.exit()方法

– 程序正常执行结束

– 程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止

– 由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止