类加载读书笔记

什么情况下需要开始类加载过程的第一个阶段：加载？Java虚拟机规范中并没有进行强制约束，这点可以交给虚拟机的具体实现来自由把握。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5种情况必须立即对类进行**“初始化”**（而加载、验证、准备自然需要在此之前开始）： 有且仅有以下五种情况：

1. 遇到 new、getstatic、putstatic 和invokestatic 这四条字节码指令的时候。四条字节码分别对应新建对象、读取或者设置一个类的静态变量以及调用一个类的静态方法。
2. 使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用的时候。
3. 当初时候一个类发现其父类还没有进行初始化，则需要对其父类进行初始化。
4. 虚拟机启动的时候，虚拟机会初始化 main 所在的类。
5. 当使用JDK 1.7的动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。

这段文字完完全全来自于《深入理解 Java 虚拟机》，我想强调的有两点：

1、以上五点是指类被初始化（参考初始化阶段）的时机，而不是被加载的时机。

2、加载、验证、准备这三个阶段可以先进行，而可以迟迟不进行初始化直到必要的时候

类加载过程的详细描述

1、加载

• 通过一个类的全额限定名来获取定义此类的二进制字节流。
• 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
• 在内存中生成一个代表这个类的 java.lang.Class 对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。 简化流程图如下所示:

需要注意的是如果是数组数据，比如：

String[] strArr = new String[10];
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这个语句会涉及到两个类：

• 数组类：由虚拟机直接创建，由 newarray 指令触发，该类中包含数组应有的属性和方法。
• String 类：普通类的加载方式。

2、验证

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。验证大致上会完成下面四个阶段的检验工作：

1. 文件格式验证：是否以魔数开头、主次版本号是否在当前虚拟机处理范围内、常量池的各种索引值是否指向不存在的常量或不符合类型的常量等。主要是对文件格式的验证，以保证能被虚拟机解析。
2. 元数据验证：是否有父类、父类是否继承了不允许继承的类、非抽象类是否实现了父类或接口中要求的所有方法、类中的字段方法是否与父类冲突等。主要对元数据或者说语法上的验证，跟我们在 Java 代码中编辑器做的事情很像。
3. 字节码验证：保证跳转指令不会跳转到方法体以外的指令上、保证类型转换是有效的等。主要是从字节码的层面去验证，保证程序语义的合法和符合逻辑。
4. 符号验证：符号引用中通过字符串描述的全额限定名是否能找到对应的类、在指定类中是否存在符号方法的字段描述符以及简单名称所描述的方法和字段等。符号引用验证的目的是确保解析动作能正常执行，如果无法通过符号引用验证，那么将会抛出异常。 验证阶段重要但并不一定是必要的，如果所有代码已经被反复确认和验证。可以通过 -Xverify:none 关闭验证以减少类的加载时间。

3、准备

准备阶段比较简单，搞清楚以下几点即可：

1. 准备阶段是为**类变量（被 static 修饰的变量）**分配内存和赋初始值的阶段。
2. 类变量的内存分配在方法区，而实例变量会在对象实例化时随着对应一起分配在堆中。
3. 与初始化阶段不同， 类变量 赋初始值只是赋类似 0 值的操作。如 public static int value=123； 只是将 value 赋值为 0 而不是 123。

注：各种Java 各种基本类型 0 值对照表如下

则 value 在准备阶段即被赋值为 123，至于原因也是显而易见的

4、解析

解析是将符号引用转化成直接引用的阶段。符号引用和直接引用在《深入理解 Java 虚拟机》中的定义如下：

• 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。符号引用与虚拟机实现的内存布局无关，引用的目标并不一定已经加载到内存中。各种虚拟机实现的内存布局可以各不相同，但是它们能接受的符号引用必须都是一致的，因为符号引用的字面量形式明确定义在Java虚拟机规范的Class文件格式中。
• 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。直接引用是和虚拟机实现的内存布局相关的，同一个符号引用在不同虚拟机实例上翻译出来的直接引用一般不会相同。如果有了直接引用，那引用的目标必定已经在内存中存在。

上面的定义看的一脸懵逼，我举个栗子来理解上面一大段文字。

public class Test {
    public static final mian(String[] args) {
        System.out.println("Hello, /word!");    //1
    }
}
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如上可以看到 Test 是一个非常简单的类，Test 类中调用了 System.out.pintln 接口向屏幕上输出 Hello, world 。该类的 .class 文件中的字符串常量中（层层转换后）肯定会包含以下的一个常量：

invokevirtual java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
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很明显可以看出以上是一个方法的调用（即 System.out.println(））指令：其中 java/io/PrintStream 是方法所在的类，println 是方法名，Ljava/lang/String 表示参数类型，这样就能唯一确定需要调用的方法，而 java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 即我们的所说的符号引用。同样如果访问其他类、接口、类的字段、类的方法、接口的方法等，都需要在 .class 文件中通过符号引用指定。由于只是一个字符串，所以是虚拟机无关的。 Test 类的.class 文件最终是要被加载到虚拟机内存中才能被执行的，而在内存中方法的访问是通过地址实现的。所以需要将符号引用 java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V 转换成一个指向方法在内存中具体地址的指针，.class 中指令变成类似如下形式：

invokevirtual 0xfe1886d2;(配图如下）
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其中 0xfe1886d2 即直接引用，直接引用也可以是内存地址的偏移量或者间接句柄等，只要能在内存中通过该引用访问到目标即可。通过这个例子可以简单的理解符号引用和直接引用以及它们的关系，从而明白解析阶段的作用。

5、初始化

类初始化阶段是类加载过程的最后一步，该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）。

类初始化过程即执行 <clinit>()方法的过程，而 <clinit>() 方法又是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态语句块（static{}块）中的语句合并产生的，编译器收集的顺序是由语句在源文件中出现的顺序所决定的。需要注意的是：

• 静态语句块中只能访问到定义在静态语句块之前的变量，定义在它之后的变量，在前面的静态语句块可以赋值，但是不能访问。

初始化的时机在类加载加载时机一章节已经列出，是为了区分类加载时机和类初始化时机。只有清晰的理解需要初始化的各种场景才能真正把握初始化的含义。

总结

类的加载很多人似懂非懂，特别是 解析和初始化 这里，总结为一句即： 准备和初始化 阶段完成了 static 变量的内存分配和赋值以及 static 代码块中代码的执行。出道网上的面试题，在不百度的情况下写出最后输出的字符串试试，如果你能正确写出答案那大概率已经弄到了解析和初始化阶段，面试题如下：

class Grandpa
{
    static
    {
        System.out.println("爷爷在静态代码块");
    }
}    
class Father extends Grandpa
{
    static
    {
        System.out.println("爸爸在静态代码块");
    }

    public static int factor = 25;

    public Father()
    {
        System.out.println("我是爸爸~");
    }
}
class Son extends Father
{
    static 
    {
        System.out.println("儿子在静态代码块");
    }

    public Son()
    {
        System.out.println("我是儿子~");
    }
}
public class InitializationDemo
{
    public static void main(String[] args)
    {
        System.out.println("爸爸的岁数:" + Son.factor);  //入口
    }
}
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