JVM类的声明周期-CSDN博客

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生命周期概述

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Java类的生命周期包括以下阶段

  1. 加载Loading当Java程序需要使用某个类时JVM会检查该类是否已经被加载如果没有加载JVM会从磁盘中读取该类的字节码文件并创建一个Class对象然后将该Class对象存放在方法区中。

  2. 验证Verification在加载类的过程中JVM会对该类的字节码进行验证以确保它符合Java虚拟机规范不会对虚拟机造成安全上的威胁。

  3. 准备Preparation在准备阶段JVM会为类的静态变量分配内存并设置默认值0或null并将这些变量存放在方法区中。

  4. 解析Resolution在解析阶段JVM会将类中的符号引用转换为直接引用以便于JVM能够快速访问类中的方法和变量。

  5. 初始化Initialization在初始化阶段JVM会执行类的初始化代码包括静态变量赋值和静态代码块的执行。如果该类有父类JVM会先初始化父类。

  6. 使用Using在使用阶段JVM会调用类中的方法和访问类中的变量。

  7. 卸载Unloading当JVM确定某个类实例已经不再被使用时会将该类的Class对象从方法区中移除这个过程称为卸载。

加载阶段

  1. 加载(Loading)阶段第一步是类加载器根据类的全限定名通过不同的渠道以二进制流的方式获取字节码信息。程序员可以使用Java代码拓展的不同的渠道。
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  2. 类加载器在加载完类之后Java虚拟机会将字节码中的信息保存到方法区中
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  3. 类加载器在加载完类之后Java虚拟机会将字节码中的信息保存到内存的方法区中
    • 生成一个InstanceKlass对象保存类的所有信息里边还包含实现特定功能比如多态的信息
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  4. 同时Java虚拟机还会在堆中生成一份与方法区中数据类似的java.lang.Class对象
    • 作用在Java代码中去获取类的信息以及存储静态字段的数据JDK8及之后
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  • 对于开发者来说只需要访问堆中的Class对象而不需要访问方法区中所有信息
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查看内存中的对象

  • 推荐使用 JDK自带的hsdb工具查看Java虚拟机内存信息。工具位于JDK安装目录下lib文件夹中的sa-jdi.jar中。
  • 启动命令
    java -cp sa-jdi.jar sun.jvm.hotspot.HSDB

连接阶段

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  1. 验证Verification在加载类的过程中JVM会对该类的字节码进行验证以确保它符合Java虚拟机规范不会对虚拟机造成安全上的威胁。

  2. 准备Preparation在准备阶段JVM会为类的静态变量分配内存并设置默认值0或null并将这些变量存放在方法区中。

  3. 解析Resolution在解析阶段JVM会将类中的符号引用转换为直接引用以便于JVM能够快速访问类中的方法和变量。

连接阶段之验证

  • 连接Linking阶段的第一个环节是验证验证的主要目的是检测Java字节码文件是否遵守了《Java虚拟机规
    范》中的约束。这个阶段一般不需要程序员参与。

  • 主要包含如下四部分具体详见《Java虚拟机规范》

    1. 文件格式验证比如文件是否以0xCAFEBABE开头主次版本号是否满足当前Java虚拟机版本要求
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    2. 元信息验证例如类必须有父类super不能为空
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    3. 验证程序执行指令的语义比如方法内的指令执行中跳转到不正确的位置
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    4. 符号引用验证例如是否访问了其他类中private的方法等。
  • 版本号的检测Hotspot JDK8中虚拟机源码对版本号检测
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    • 主版本号不能高于运行环境主版本号如果主版本号相等副版本号也不能超过。

连接阶段之准备

  • 准备阶段为静态变量static分配内存并设置初始值
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  • 准备阶段只会给静态变量赋初始值而每一种基本数据类型和引用数据类型都有其初始值。
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  • final修饰的基本数据类型的静态变量准备阶段直接会将代码中的值进行赋值。
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连接阶段之解析

  • 解析阶段主要是将常量池中的符号引用替换为直接引用。
  • 符号引用就是在字节码文件中使用编号来访问常量池中的内容。
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  • 直接引用不在使用编号而是使用内存中地址进行访问具体的数据。
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初始化阶段

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  • 初始化阶段会执行静态代码块中的代码并为静态变量赋值

  • 初始化阶段会执行字节码文件中clinit部分的字节码指令
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  • clinit方法中的执行顺序与Java中编写的顺序是一致的
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  • 以下几种方式会导致类的初始化

    1. 访问一个类的静态变量或者静态方法注意变量是final修饰的并且等号右边是常量不会触发初始化。
    public class Demo1 {
    public static void main(String[] args) {
        int i = Demo2.i;
        System.out.println(i);
    }
}


class Demo2{
    static {
        System.out.println("初始化了...");
    }
    public static final int i = 0;
}
    1. 调用Class.forName(String className)。
    public class Demo3 {
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        Class<?> clazz = Class.forName("init.ways.Demo4");
    }
}


class Demo4{
    static {
        System.out.println("初始化了...");
    }
}
    1. new一个该类的对象时。
    2. 执行Main方法的当前类。
    public class Demo5 {
    static {
        System.out.println("Demo5初始化了...");
    }
    public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {
        new Demo6();
    }
}


class Demo6{
    static {
        System.out.println("Demo6初始化了...");
    }
}

  • 添加-XX:+TraceClassLoading 参数可以打印出加载并初始化的类

练习题目一

  • 请给出运行结果并说明原因
public class Test1 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("A");
        new Test1();
        new Test1();
    }
    public Test1(){
        System.out.println("B");
    }
    {
        System.out.println("C");
    }
    static {
        System.out.println("D");
    }
}

代码的执行结果为

D
A
C
B
C
B

原因是

1. 静态代码块 `static {...}` 会在类加载时执行因此会先输出 "D"。
2. `main` 方法中先输出 "A"。
3. 接着创建了两个 `Test1` 对象因此会分别调用两次构造方法 `public Test1() {...}`。
4. 在构造方法之前非静态代码块 `{...}` 会先执行因此会先输出 "C"。
5. 每次创建 `Test1` 对象时都会执行一次非静态代码块和构造方法因此会输出两次 "C" 和两次 "B"。
  • 详细分析
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  • 局部代码块也可以叫做构造代码块 每次创建对象调用构造器之前都会执行该代码块中的代码
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练习题目二

  • clinit指令在特定情况下不会出现比如如下几种情况是不会进行初始化指令执行的

    1. 无静态代码块且无静态变量赋值语句。
    2. 有静态变量的声明但是没有赋值语句。
    3. 静态变量的定义使用final关键字这类变量会在准备阶段直接进行初始化
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  • 直接访问父类的静态变量不会触发子类的初始化

  • 子类的初始化clinit调用之前会先调用父类的clinit初始化方法
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  • 如果把new B02()去掉结果如下
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练习题目三

  • 数组的创建不会导致数组中元素的类进行初始化
    public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        Test2_A[] arr = new Test2_A[10];

    }
}

class Test2_A {
    static {
        System.out.println("Test2 A的静态代码块运行");
    }
}
    • 运行的结果是什么都没输出
  • 解释
    • 创建一个类的数组不会导致该类被初始化没有创建 Test2_A 类型的实例对象因此该类不会被加载。
  • 静态代码块是在类加载时进行初始化的具体来说当 JVM 加载一个类时会先加载该类的父类如果有父类的话然后再加载该类本身。在加载类的过程中JVM 会执行该类的静态代码块以完成静态成员变量的初始化和其他一些静态操作。

练习题目四

  • final修饰的变量如果赋值的内容需要执行指令才能得出结果会执行clinit方法进行初始化
public class Test4 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Test4_A.a);
    }
}

class Test4_A {
    public static final int a = Integer.valueOf(1);

    static {
        System.out.println("Test3 A的静态代码块运行");
    }
}
  • 运行结果为
Test3 A的静态代码块运行
1

public class Test4 {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Test4_A.a);
    }
}

class Test4_A {
    public static final int a =1;

    static {
        System.out.println("Test3 A的静态代码块运行");
    }
}
  • 运行结果为
1

  • 如果一个类中定义了静态成员变量并且这些成员变量都是编译期常量比如使用 final 关键字修饰的常量那么在访问这些常量时编译器会直接将常量的值嵌入到字节码中而不是在运行时动态计算。这个过程被称为编译期常量折叠Compile-Time Constant Folding。

  • 在这种情况下如果静态代码块中的代码并没有涉及到这些常量那么在访问这些常量时并不会触发类的初始化也就不会执行静态代码块中的代码。因此如果一个类中定义了静态成员变量并且这些成员变量都是编译期常量并且静态代码块中的代码并没有涉及到这些常量那么在访问这些常量时不会触发静态代码块的执行。

使用阶段

  • 使用阶段是Java类生命周期中最重要的阶段也是Java程序运行的核心阶段。在使用阶段中Java类可以被创建、实例化、调用方法、访问变量等。

  1. 创建对象在使用阶段中可以通过关键字new创建一个类的对象

    String str = new String("Hello World!");

  2. 实例化在使用阶段中可以通过构造方法来实例化一个类的对象。

    Date date = new Date();

  3. 调用方法在使用阶段中可以通过对象来调用类中的方法

    int length = str.length();

  4. 访问变量在使用阶段中可以通过对象来访问类中的变量

    double pi = Math.PI;

卸载阶段

  • 卸载阶段是Java类生命周期中的最后一个阶段。在卸载阶段中Java虚拟机会卸载不再需要的类和类加载器从而释放内存空间。

  • 主要作用是清理内存提高程序性能。

  • 一个类被卸载的条件是它的所有实例都已经被销毁同时该类的类对象和类加载器也都已经被销毁。

    • 当一个类被卸载时Java虚拟机会先卸载该类的所有实例然后卸载该类的类对象和类加载器。如果该类有子类子类也会被卸载。如果父类和子类都没有被卸载那么子类的类加载器也不会被卸载。

  • Java虚拟机在卸载类时会调用该类的finalize()方法该方法可以被子类重写以完成一些清理工作。在finalize()方法中可以关闭文件、释放资源等操作。如果一个类没有重写finalize()方法Java虚拟机会自动调用默认的finalize()方法。

  • 注意Java虚拟机并不保证在任何时刻都会卸载一个类。在某些情况下Java虚拟机可能会选择不卸载一个类而是将其保留在内存中以提高程序性能。例如如果一个类被频繁使用Java虚拟机可能会将其保留在内存中以避免重复加载。

总结

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  • 几个要点
    1. 静态变量的定义使用final关键字这类变量会在准备阶段直接进行初始化除非要执行方法。
    2. 直接访问父类的静态变量不会触发子类的初始化。子类的初始化cinit调用之前会先调用父类的cinit初始化方法。
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