《深入理解java虚拟机》学习笔记一/类加载机制

 2019-12-22 11:08  阅读(1446)
文章分类:JVM

为何要读这本书?

近期看了左萧龙大哥的单例设计模式,后文讲解到了JVM对类实例化相关知识,感觉看着很无力,不懂,于是乎买本书研究下。

如何读?

个人水平一般,理解程度有限,书中说到每章关联不是很大,所以就以目前想了解的内容读起。

本系列笔记会随着个人的理解深度随时更新,记录在这里算是一个总结吧。

本篇学习类加载机制。

代码编译结果,本地机器码转换为字节码。 虚拟机如何加载class文件? class文件的信息进入虚拟机会发生什么样的变化?
类加载机制: 虚拟机把描述类的文件从class文件加载进内存,并对数据进行校验,转换解析和初始化,最终形成可以被虚拟机识别的java类型。 java中类型的加载、连接初始化过程都是在程序运行期间完成的。
类加载的时机: 加载、验证、准备、
解析、初始化、使用、卸载 加载、验证、准备、初始化、卸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执行。
解析不一定,有的时候可以在初始化之后执行,这是为了支持java语言的运行时绑定(动态绑定、晚期绑定)
什么时候开始类加载的第一个阶段:加载? java虚拟机规范中没有强行约束,但是对于初始化阶段,虚拟机规范中严格要求有且只有五种情况必须立即对类进行”初始化”(而加载、验证、准备要在此之前开始): 1、遇到new、getstatic、putstatic、invokestatic这四条字节码指令时,如果类没有初始化,需要先触发其初始化。 触发场景: new对象 读取或设置一个类的静态字段(被final修饰) 调用一个类的静态方法时 2、使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候,如果类没有初始化,需要首先对其初始化。 3、当初始化一个类的时候,其父类还没有进行初始化,需要先初始化其父类 4、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 5、当使用jdk1.7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为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初始化,则需要先触发其初始化。

上述五种情况称为对一个类的主动引用,此外所有引用类的方式都不会触发初始化,称为
被动引用 被动引用例子一发现: 对于静态字段,只有直接定义这个字段的类才会被初始化,至于是否要触发子类的加载和验证,虚拟机规范中并未明确。 被动引用例子二发现: 通过数组定义来引用类,不会触发此类的初始化 被动引用例子三发现: 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,因此就不会触发定义常量的类的初始化,也就是说这俩个类在编译成class文件后就没有任何关系了
类加载过程详解:
加载 加载是类加载过程的一个阶段 在加载阶段,虚拟机需要完成的三件事: 1、通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流 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、在内存中生成一个代表此类的java.lang.Class对象,作为方法区这个类的各种数据的访问入口 加载完成之后,虚拟机将外部的二进制字节流就按照虚拟机所需要的格式存储在方法区之中,方法区中的数据存储格式由虚拟机自行定义,虚拟机规范并未规定此区域的具体数据结构。然后在内存中实例化一个java.lang.Class类的对象(并没有明确规定是在java堆中),这个对象将作为程序访问方法区中的这些类型数据的外部接口。 加载阶段与连接阶段的部分内容(如一部分字节码文件格式的验证动作)是交叉进行的,加载阶段尚未完成,连接阶段可能已经开始,但这些夹在加载阶段之中进行的动作,仍然属于连接阶段的内容,这俩个阶段的开始时间仍然保持着固定的先后顺序。
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的自身安全。 Class文件并不一定是java源码编译而来,虚拟机如果不检查输入的字节流,对其完全信任,很可能因为载入有害的字节流而导致系统崩溃,所以验证是虚拟机对自身保护的一项重要工作。 详见《Java虚拟机规范》,请自行搜索。 验证阶段会完成下面四个阶段的验证动作: 1、文件格式验证 验证内容:主要验证字节流是否符合Class文件格式的规范,并且是否能被当前版本的虚拟机处理 验证目的:确保输入的字节流能正确地解析并存储于方法区之内,格式上符合一个Java类型信息的要求。 这个阶段的验证是基于二进制字节流进行的,只有通过了这个阶段的验证后,字节流才会进入内存的方法区进行存储,所以后面的三个验证阶段全部是基于方法区的存储结构进行的,不会再直接操作字节流。 2、元数据验证 验证内容:对字节码描述的信息进行语义分析,以保证其描述的信息符合java语言规范的要求。 验证目的:对类的元数据信息进行语义校验,保证不存在不符合java语言规范的元数据信息。 3、字节码验证 验证内容: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,在第二阶段对元数据信息中的数据类型做完校验后,这个阶段将对类的方法体进行校验分析,保证被校验的方法在运行时不会做出危害虚拟机安全的事件 4、符号引用验证 验证内容:该阶段的校验发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候,这个转化动作将在连接的第三阶段—解析阶段发生。符号引用验证可以看作是对类自身以外(常量池中的各种符号引用)的信息进行匹配校验。 验证目的:却保解析动作能正常执行 可以使用-Xverify:none参数来关闭大部分的类验证措施,以缩短虚拟机类加载的时间。
准备 准备阶段是正式为类变量
分配内存并设置类变量的
初始值的阶段,这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。
需要注意的点: 这时候进行
内存分配的仅包括类变量(被static修饰的变量),而不包括实例变量,实例变量将会在对象实例化时候随着对象一起分配在java堆内存中。
通常情况下初始值是数据类型的零值 如:public static int value = 110; 那么变量value在准备阶段过后的值为0,而不是110,因为这时尚未执行任何java方法,而把value赋值为110的指令putstatic是在程序被编译后,存放于类构造器()方法中。所以将value赋值为110的动作将在初始化阶段才会执行。
特殊情况下 如果类字段的字段属性表中存在ConstantVlaue属性,那么在准备阶段value就会被初始化为ConstantValue属性所指定的值 如:public static
final int value = 110; 编译时javac将会为value生成ConstantValue属性,在准备阶段虚拟机就会根据ConstantValue的设置将value赋值为110
解析 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。
初始化
使用
卸载

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