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深入理解Java虚拟机笔记---类加载时机

类从被加载到虚拟机内存中开始,到缷载出内存为止,它的整个生命周期包括了:加载(Loading),验证(Verification),准备(Preparation),解析(Resolution),初始化(Initialization),使用(Using),缷载(Unloading)七个阶段。其中验证,准备,解析三个阶段统称为连接(Linking)阶段,这七个阶段的发生顺序如下图:

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加载,验证,准备,初始化和缷载这五个阶段的顺序是确定的,类的加载过程必须按照这种顺序按部就班地开始,而解析阶段则不一定:在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始,这是为了支持Java语言的运行时绑定。注意这里写的是按部就班地“开始”,而不是按部就班地“进行”或“完成”,因为这些阶段通常都是互相交叉地混合式进行的,通常会在一个阶段执行的过程调用或激活另外一个阶段。

在什么情况下需要开始类的加载过程的第一个阶段:加载。虚拟机规范中并没有进行强制约束。但是对于初始化阶段,虚拟机规范则是严格规定了有且只有四种情况必须立即对类进行“初始化”(而加载,验证,准备阶段自然需要在此之前开始):

  1. 遇到new,getstatic,putstatic或invokestatic这4条字节码指令时,如果类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。生成这4条指令最常见的Java代码场景是:使用new关键字实例化对象的时候,读取或设置一个类的静态字段(被final修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外)的时候,以及调用一个类的静态方法的时候。
  2. 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候,如果类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。
  3. 当初始化一个类的时候,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。
  4. 当虚拟机启动时,用户需要指定一个要执行的主类(包含main()方法的那个类),虚拟机会先初始化这个主类。

对于这四种会触发类进行初始化的场景,虚拟机规范中使用了一个很强烈的限定语:“有且只有”,这四种场景中的行为称为对一个类的主动引用。除此之外所有引用类的方法,都不会触发初始化,称为被动引用。下面是三个被动引用的例子:

a.通过子类引用父类中的静态字段,不会初始化子类

package com.xtayfjpk.jvm.chapter7;

/**
 * 被动使用类字段演示一:
 * 通过子类引用父类的静态字段,不会导致子类初始化
 * @author zj
 *
 */
public class SuperClass {
    public static int value = 123;

    static {
        System.out.println("SuperClass Init");
    }
}
package com.xtayfjpk.jvm.chapter7;

public class SubClass extends SuperClass {

    static {
        System.out.println("SubClass Init");
    }
}
package com.xtayfjpk.jvm.chapter7;

public class NotInitialization {

    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        //通过子类引用父类的静态字段,不会导致子类初始化
        System.out.println(SubClass.value);
    }

}

上述代码运行之后,只会输出“SuperClass init!”,而不会输出“SubClass init!”。对于静态字段,只有直接定义这个字段的类才会初始化,因此通过子类来引用父类中的静态字段,只会触发父类初始化而不不会触发子类的初始化。至于是否要触发子类的加载和验证,在虚拟机规范中并没有规定,这点取决于虚拟机的具体实现。对于Sun HotSpot虚拟机来说,可以通过-XX:+TraceClassLoading参数看到此操作是否会导致子类的加载(事实上SubClass被加载了)。

b.通过定义数组来引用类,不会触发此类的初始化

package com.xtayfjpk.jvm.chapter7;

public class NotInitialization {

    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {

        //通过数组定义来引用类,不会触发此类的初始化
        SuperClass[] sca = new SuperClass[10];

    }

}

上述代码运行后(SuperClass重用上一例子代码),并没有输出“SuperClass init!”,说明并没有触发SuperClass的初始化阶段。但是这段代码触发另一个名为“[Lcom.xtayfjpk.jvm.chapter7.SuperClass;”的类的初始化阶段,对于用户代码来说,这并不是一个合法的类名称,它是一个由虚拟机自动生成,直接继承于java.lang.Object的子类,创建动作由字节码指令newarray触发。

c.引用常量池中的常量,不针触发定义常量类的初始化

package com.xtayfjpk.jvm.chapter7;

public class ConstClass {

    public static final String HELLOWORLD = "hello world";

    static {
        System.out.println("ConstClass Inited");
    }

}
package com.xtayfjpk.jvm.chapter7;

public class NotInitialization {

    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {

        //常量在编译阶段会存入调用类的常量池中,本质上没有直接引用到定义常量的类,不会导致该类初始化
        System.out.println(ConstClass.HELLOWORLD);
    }

}

上述代码运行后,也没有输出“ConstClass init!”,这是因为虽然在Java源码中引用了ConstClass类中的常量HELLOWORLD,但是编译阶段将此常量值“hello world”存储到了NotInitialization类的常量池中,对象常量ConstClass.HELLOWORLD的引用实际都转化为NotInitialization类对自身常量池的引用。也就是说实际上NotInitialization的Class文件之中并没有ConstClass类的符号引用入口,这两个类在编译成Class之后就不存在任何联系了。

接口的加载过程与类的加载过程稍有一些不同,针对接口需要做一些特殊说明:接口也有初始化过程,这点与类是一致的,上面的代码都是使用静态语句块“static {}”来输出初始化信息的,而接口中不能有“static {}”静态语句块,但编译器仍然会为接口生成“”类构造器,用于初始化接口中所定义的成员变量(也是常量)。接口与类真正有所区别的是前面讲述的四有“有且仅有”需要开始初始化阶段场景中的第三种:当一个类在初始化时,要求其父类全都已经初始化过了,但是一个接口在初始化时,并不要求其父接口也全部初始完成了,只有在真正用到父接口的时候(如引用到接口中定义的常量)才会初始化。

正文到此结束
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