其中类加载的过程包括了加载、验证、准备、解析、初始化五个阶段。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,这是为了支持Java语言的运行时绑定(也成为动态绑定或晚期绑定)。另外注意这里的几个阶段是按顺序开始,而不是按顺序进行或完成,因为这些阶段通常都是互相交叉地混合进行的,通常在一个阶段执行的过程中调用或激活另一个阶段

加载

查找并加载类的二进制数据

加载时类加载过程的第一个阶段,在加载阶段,虚拟机需要完成以下三件事情:

  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。

相对于类加载的其他阶段而言,加载阶段(准确地说,是加载阶段获取类的二进制字节流的动作)是可控性最强的阶段,因为开发人员既可以使用系统提供的类加载器来完成加载,也可以自定义自己的类加载器来完成加载。

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

链接

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。验证阶段大致会完成4个阶段的检验动作:

  1. 文件格式验证:
    (1)是否以魔数0xCAFEBABE开头。
    (2)主、次版本号是否在当前虚拟机处理范围之内。
    (3)常量池的常量中是否有不被支持的常量类型(检查常量tag标志)。
    (4)指向常量的各种索引值中是否有指向不存在的常量或不符合类型的常量。
    (5)CONSTANT_Utf8_info型的常量中是否有不符合UTF8编码的数据。
    (6)Class文件中各个部分及文件本身是否有被删除的或附加的其他信息。
  2. 元数据验证:
    (1)这个类是否有父类(除了java.lang.Object之外,所有类都应当有父类)。
    (2)这个类是否继承了不允许被继承的类(被final修饰的类)。
    (3)如果这个类不是抽象类,是否实现了其父类或接口之中所要求实现的所有方法。
    (4)类中的字段、方法是否与父类产生矛盾(例如覆盖了父类的final字段,或者出现不符合规则的方法重载,例如方法参数都一致,但返回值类型却不同等等)。
  3. 字节码验证:
    主要目的是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。这个阶段将对类的方法体进行校验分析,保证被校验类的方法在运行时不会产生危害虚拟机安全的事件,例如:
    (1)保证任意时刻操作数栈的数据类型与指令代码序列都能配合工作,例如不会出现类似这样的情况:在操作数栈放置了一个int类型的数据,使用时却按long类型来加载入本地变量表中。
    (2)保证跳转指令不会跳转到方法体以外的字节码指令上。
    (3)保证方法体中的类型转换是有效的,例如可以把一个子类对象赋值给父类数据类型,但是把父类对象赋值给子类数据类型,甚至把对象赋值给与它毫无继承关系、完全不相干的一个数据类型,则是危险不合法的。
  4. 符号引用验证:
    符号引用验证可以看作是类对自身以外(常量池中的各种符号引用)的信息进行匹配性校验,通常需要校验以下内容:
    (1)符号引用中通过字符串描述的全限定名是否能够找到对应的类。
    (2)在指定类中是否存在符合方法的字段描述符以及简单名称所描述的方法和字段。
    (3)符号引用中的类、字段、方法的访问性(private、protected、public、default)是否可被当前类访问。

    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类变量初始值的阶段,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。
  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

    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(Symbolic References):符号引用以一组符号来描述所引用的目标,符号可以是任何形式的字面量,只要使用时能无歧义地定位到目标即可。直接引用(Direct References):直接引用可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。如果有了直接引用,那么引用的目标一定是已经存在于内存中。举个例子来说,现在调用方法hello(),这个方法的地址是1234567,那么hello就是符号引用,1234567就是直接引用。

类或接口的解析
假设当前代码所处的类为D,如果要把一个从未解析过的符号引用N解析为一个类或接口C的引用,那虚拟机完成整个解析过程需要以下3个步骤:
(1)如果C不是一个数组类型,那虚拟机将会把代表N的全限定名传递给D的类加载器去加载这个类C。
(2)如果C是一个数组类型,并且数组的元素类型为对象,那将会按照第1点的规则加载数组元素类型。
(3)如果上面的步骤没有出现任何异常,那么C在虚拟机中实际上已经成为了一个有效的类或接口了,但在解析完成之前还要进行符号引用验证,确认D是否具有对C的访问权限。如果发现不具备访问权限,则抛出java.lang.IllegalAccessError异常。

字段解析
首先解析字段表内class_index项中索引的CONSTANT_Class_info符号引用,也就是字段所属的类或接口的符号引用,如果解析完成,将这个字段所属的类或接口用C表示,虚拟机规范要求按照如下步骤对C进行后续字段的搜索。
(1)如果C 本身就包含了简单名称和字段描述符都与目标相匹配的字段,则返回这个字段的直接引用,查找结束。
(2)否则,如果C中实现了接口,将会按照继承关系从下往上递归搜索各个接口和它的父接口如果接口中包含了简单名称和字段描述符都与目标相匹配的字段,则返回这个字段的直接引用,查找结束。
(3)否则,如果C 不是java.lang.Object的话,将会按照继承关系从下往上递归搜索其父类,如果在父类中包含了简单名称和字段描述符都与目标相匹配的字段,则返回这个字段的直接引用,查找结束。
(4)否则,查找失败,抛出java.lang.NoSuchFieldError异常。

如果查找过程成功返回了引用,将会对这个字段进行权限验证,如果发现不具备对字段的访问权限,将抛出java.lang.IllegalAccessError异常。

类方法解析
首先解析类方法表内class_index项中索引的CONSTANT_Class_info符号引用,也就是方法所属的类或接口的符号引用,如果解析完成,将这个类方法所属的类或接口用C表示,虚拟机规范要求按照如下步骤对C进行后续类方法的搜索。
(1)类方法和接口方法符号引用的常量类型定义是分开的,如果在类方法表中发现class_index中索引的C 是个接口,那就直接抛出java.lang.IncompatibleClassChangeError异常。
(2)如果通过了第一步,在类C 中查找是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法,如果有则返回这个方法的直接引用,查找结束。
(3)否则,在类C的父类中递归查找是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法,如果有则返回这个方法的直接引用,查找结束。
(4)否则,在类C实现的接口列表以及他们的父接口中递归查找是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法,如果存在相匹配的方法,说明类C是一个抽象类这时查找结束,抛出java.lang.AbstractMethodError异常。
(5)否则,宣告方法查找失败,抛出java.lang.NoSuchMethodError。

接口方法解析
首先解析接口方法表内class_index项中索引的CONSTANT_Class_info符号引用,也就是方法所属的类或接口的符号引用,如果解析完成,将这个接口方法所属的接口用C表示,虚拟机规范要求按照如下步骤对C进行后续接口方法的搜索。
(1)与类解析方法不同,如果在接口方法表中发现class_index中的索引C是个类而不是个接口,那就直接抛出java.lang.IncompatibleClassChangeError异常。
(2)否则,在接口C中查找是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法,如果有则返回这个方法的直接引用,查找结束。
(3)否则,在接口C的父接口中递归查找,直到java.lang.Object类(查找范围包括Object类)为止,看是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法,如果有则返回这个方法的直接引用,查找结束。
(4)否则,宣告方法查找失败,抛出java.lang.NoSuchMethodError。

初始化

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

类初始化阶段是类加载过程的最后一步,到了这个阶段才真正开始执行类中定义的Java程序代码(或者说是字节码)。在准备阶段,变量已经赋过一次系统要求的初始值,而在初始化阶段,则根据程序员通过程序制定的主观计划去初始化类变量和其他资源。

类什么时候才被初始化:

  1. 创建类的实例,也就是new一个对象
  2. 访问某个类或接口的静态变量,或者对该静态变量赋值
  3. 调用类的静态方法
  4. 反射 (Class.forName())
  5. 初始化一个类的子类(会首先初始化子类的父类)
  6. JVM启动时标明的启动类,即文件名和类名相同的那个类

只有这6中情况才会导致类的类的初始化。类的初始化步骤:

  1. 如果这个类还没有被加载和链接,那先进行加载和链接
  2. 假如这个类存在直接父类,并且这个类还没有被初始化(注意:在一个类加载器中,类只能初始化一次),那就初始化直接的父类(不适用于接口)
  3. 假如类中存在初始化语句(如static变量和static块),那就依次执行这些初始化语句。

需要注意以下几点:

  1. 编译器收集的顺序是由语句在源文件中出现的顺序决定的,静态语句块中只能访问到定义在静态语句块之前的变量,而定义在它之后的变量,在前面的静态语句块可以赋值,但不能访问
  2. 初始化方法执行的顺序,虚拟机会保证在子类的初始化方法执行之前,父类的初始化方法已经执行完毕,因此在虚拟机中第一个被执行的类初始化方法一定是java.lang.Object。另外,也意味着父类中定义的静态语句块要优先于子类的变量赋值操作
  3. clinit ()方法对于类或接口来说并不是必须的,如果一个类中没有静态语句块,也没有对变量的赋值操作,那么编译器可以不为这个类生成clinit()方法
  4. 接口中不能使用静态语句块,但仍然有变量初始化的操作,因此接口与类一样都会生成clinit()方法,但与类不同的是,执行接口的初始化方法之前,不需要先执行父接口的初始化方法。只有当父接口中定义的变量使用时,才会执行父接口的初始化方法。另外,接口的实现类在初始化时也一样不会执行接口的clinit()方法。
  5. 虚拟机会保证一个类的clinit()方法在多线程环境中被正确的加锁、同步,如果多个线程同时去初始化一个类,那么只会有一个线程去执行这个类的clinit()方法,其他线程都需要阻塞等待,直到活动线程执行类初始化方法完毕

参考

如有侵权,请联系删除,谢谢

http://www.cnblogs.com/ityouknow/p/5603287.html
https://blog.csdn.net/chenge_j/article/details/72677766