一、环节1：链接阶段之Verification(验证)

1.1、验证阶段(Verification)

当类加载到系统后，就开始链接操作，验证是链接操作的第一步。验证环节是伴随着加载阶段同时进行的。
它的目的是保证加载的字节码是合法、合理并符合规范的。
验证的步骤比较复杂，实际要验证的项目也很繁多，大体上Java虚拟机需要做以下检查，如图所示。
image.png

1.2、整体说明

验证的内容则涵盖了类数据信息的格式验证、语义检查、字节码验证，以及符号引用验证等。

  • 其中格式验证会和加载阶段一起执行。验证通过之后，类加载器才会成功将类的二进制数据信息加载到方法区中。
  • 格式验证之外的验证操作将会在方法区中进行。

链接阶段的验证虽然拖慢了加载速度，但是它避免了在字节码运行时还需要进行各种检查。(磨刀不误砍柴工)。
注意：语义检查、字节码验证、符号引用验证是元空间已经有类模板对象再进行的。

1.3、具体说明

  1. 格式验证:是否以魔数OxCAFEBABE开头，主版本和副版本号是否在当前Java虚拟机的支持范围内，数据中每一个项是否都拥有正确的长度等。
  2. Java虚拟机会进行字节码的语义检查，但凡在语义上不符合规范的，虚拟机也不会给予验证通过。比如:
    1. 是否所有的类都有父类的存在(在Java里，除了Object外，其他类都应该有父类)
    2. 是否一些被定义为final的方法或者类被重写或继承了
    3. 非抽象类是否实现了所有抽象方法或者接口方法
    4. 是否存在不兼容的方法(比如方法的签名除了返回值不同，其他都一样，这种方法会让虚拟机无从下手调度;abstract情况下的方法，就不能是final的了)
  3. Java虚拟机还会进行字节码验证，字节码验证也是验证过程中最为复杂的一个过程。它试图通过对字节码流的分析，判断字节码是否可以被正确地执行。比如:
    1. 在字节码的执行过程中，是否会跳转到一条不存在的指令
    2. 函数的调用是否传递了正确类型的参数
    3. 变量的赋值是不是给了正确的数据类型等

栈映射帧(StackNapTable)就是在这个阶段，用于检测在特定的字节码处，其局部变量表和操作数栈是否有着正确的数据类型。但遗憾的是，100%准确地判断一段字节码是否可以被安全执行是无法实现的，因此，该过程只是尽可能地检查出可以预知的明显的问题。如果在这个阶段无法通过检查，虚拟机也不会正确装载这个类。但是，如果通过了这个阶段的检查，也不能说明这个类是完全没有问题的。

在前面3次检查中，已经排除了文件格式错误、语义错误以及字节码的不正确性。但是依然不能确保类是没有问题的。

  1. 校验器还将进行符号引用的验证。Class文件在其常量池会通过字符串记录自己将要使用的其他类或者方法。因此，在验证阶段，虚拟机就会检查这些类或者方法确实是存在的，并且当前类有权限访问这些数据，如果一个需要使用类无法在系统中找到，则会抛出NoClassDefFoundError,如果一个方法无法被找到，则会抛出NoSuchMethodError。

此阶段在解析环节才会执行。

二、环节2：链接阶段之Preparation(准备)

2.1、准备阶段(Preparation)

为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值。加载阶段、链接阶段、初始化阶段主要是针对类的初始化和静态结构的初始化，这个时候还没有涉及非静态变量，非静态变量只是在加载环节加载到类模板对象中，只有在使用阶段(创建对象)才会去加载类的实例变量。
准备环节是进行默认赋值，初始化阶段是显示赋值，显示赋值之后再进行链接环节。
当一个类验证通过时，虚拟机就会进入准备阶段。在这个阶段，虚拟机就会为这个类分配相应的内存空间，并设置默认初始值。Java虚拟机为各类型变量默认的初始值如表所示。
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注意:Java并不支持boolean类型，对于boolean类型，内部实现是int ,由于int的默认值是0 ,故对应的， boolean的默认值就是false。

2.2、注意

  1. 这里不包含基本数据类型的字段用static final修饰的情况，因为final在编译的时候就会分配了，准备阶段会显式赋值。
  2. 注意这里不会为实例变量分配初始化，类变量会分配在方法区中，而实例变量是会随着对象一起分配到Java堆中。
  3. 在这个阶段并不会像初始化阶段中那样会有初始化或者代码被执行。

    2.3、举例：

    字面量CONST和1是一样的，进行显示赋值。
    而new String(“CONST”)不同，它是在clinit中进行赋值操作，因为new String(“CONST”)涉及到具体的代码执行，而准备阶段不涉及代码的执行，只有初始化阶段才涉及代码的执行。
    image.png
    image.png
    1. /**
    2. * @create 18:49
    3. * 哪些场景下，java编译器就不会生成<clinit>()方法
    4. */
    5. public class InitializationTest1 {
    6.  //场景1：对于非静态的字段，不管是否进行了显式赋值，都不会生成<clinit>()方法
    7.  public int num = 1;
    8.  //场景2：静态的字段，没有显式的赋值，不会生成<clinit>()方法
    9.  public static int num1;
    10.  //场景3：比如对于声明为static final的基本数据类型的字段，不管是否进行了显式赋值，都不会生成<clinit>()方法
    11.  public static final int num2 = 1;
    12. }
    ```java

/**

  • @create 18:55 *
  • 一、说明：使用static + final修饰的字段的显式赋值的操作，到底是在哪个阶段进行的赋值？
  • 情况1：在链接阶段的准备环节赋值
  • 情况2：在初始化阶段()中赋值 *
  • 二、结论：
    1. 在链接阶段的准备环节赋值的情况：
  • 1）对于基本数据类型的字段来说，如果使用static final修饰，则显式赋值(直接赋值常量，而非调用方法）通常是在链接阶段的准备环节进行
  • 2）对于String来说，如果使用字面量的方式赋值，使用static final修饰的话，则显式赋值通常是在链接阶段的准备环节进行 *
    1. 在初始化阶段()中赋值的情况：
  • 排除上述的在准备环节赋值的情况之外的情况。
  • 总结：
  • 使用static + final 修饰的成员变量，称为：全局常量。
  • 什么时候在链接阶段的准备环节：给此全局常量附的值是字面量或常量。不涉及到方法或构造器的调用。

  • 除此之外，都是在初始化环节赋值的。 / public class InitializationTest2 { // public static int a = 1; //在初始化阶段赋值 // public static final int INT_CONSTANT = 10; //在链接阶段的准备环节赋值 // // public static Integer INTEGER_CONSTANT1 = Integer.valueOf(100); //在初始化阶段赋值 // public static final Integer INTEGER_CONSTANT2 = Integer.valueOf(1000); //在初始化阶段赋值 // public static final String s0 = “helloworld0”; //在链接阶段的准备环节赋值 public static final String s1 = new String(“helloworld1”); //在初始化阶段赋值 // public static String s2 = “helloworld2”; //在初始化阶段赋值 // public static final int NUM1 = new Random().nextInt(10); //在初始化阶段赋值

    static int a = 9;//在初始化阶段赋值 static final int b = a; //在初始化阶段赋值

} ```

三、环节3：链接阶段之Resolution(解析)

在准备阶段完成后，就进入了解析阶段。

3.1、解析阶段(Resolution)

将类、接口、字段和方法的符号引用转为直接引用。解析环节是在初始化阶段之后进行的。

3.2、具体描述

符号引用就是一些字面量的引用，和虚拟机的内部数据结构和和内存布局无关。比较容易理解的就是在Class类文件中，通过常量池进行了大量的符号引用。但是在程序实际运行时，只有符号引用是不够的，比如当如下println()方法被调用时，系统需要明确知道该方法的位置。

举例:输出操作System.out.println()对应的字节码:
invokevirtual #24
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以方法为例，Java虚拟机为每个类都准备了一张方法表，将其所有的方法都列在表中，当需要调用一个类的方法的时候，只要知道这个方法在方法表中的偏移量就可以直接调用该方法。通过解析操作，符号引用就可以转变为目标方法在类中方法表中的位置，从而使得方法被成功调用。

3.3、小结

所谓解析就是将符号引用转为直接引用，也就是得到类、字段、方法在内存中的指针或者偏移量。因此，可以说，如果直接引用存在，那么可以肯定系统中存在该类、方法或者字段。但只存在符号引用，不能确定系统中一定存在该结构。

不过Java虚拟机规范并没有明确要求解析阶段一定要按照顺序执行。在HotSpot VM中，加载、验证、准备和初始化会按照顺序有条不紊地执行，但链接阶段中的解析操作往往会伴随着JVM在执行完初始化之后再执行。

3.4、字符串的练习

最后，再来看一下CONSTANT_String的解析。由于字符串在程序开发中有着重要的作用，因此，读者有必要了解一下String在Java虚拟机中的处理。当在Java代码中直接使用字符串常量时，就会在类中出现CONSTANT_String,它表示字符串常量，并且会引用一个CONSTANT_UTF8的常量项。在Java虚拟机内部运行中的常量池中，会维护一张字符串拘留表(intern)，它会保存所有出现过的字符串常量，并且没有重复项。只要以CONSTANT_String形式出现的字符串也都会在这张表中。使用String.intern()方法可以得到一个字符串在拘留表中的引用，因为该表中没有重复项，所以任何字面相同的字符串的String.intern()方法返回总是相等的。