JVM类加载机制-类加载过程

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过程

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加载

  • 根据全限定名获取类的二进制字节流，从jar,war,ear等格式文件读取
  • 字节流转为方法去的运行时数据结构
  • 生成class对象，用此对象打开方法区的入口

验证

  • 现在所有的class文件（这里指的是引用，还没有到实际的对象创建）都已经转为数据结构，存放在方法区
  • 如果去掉验证这个步骤考虑下结果：随便写了一个java文件，内容可以是123456，这种数据对于JVM完全不认识，所以这个验证就是来看文件的内容是否是JVM认可的，就像web页面中的注册登录一样，如果没有验证，账号密码都不用输入就可以注册成功，那数据库岂不是混乱了
文件格式验证

class文件其实是一个16进制文件

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  1. 文件的开头就是“魔数”，用来标记这是一个jvm认可的文件，魔数的值一般是0xCAFEBABE
  2. 而后是主，次版本号是否可以被当前jvm处理，如果环境上是jdk1.6，而自己的ide是1.8编译，那jar启动时会报错
  3. 然后是方法区的引用，例如：类型是class的”org/fenixsoft/clazz/TestClass” 那当前类就是TestClass,如果在当前的class文件中还有类似的引用，/org/fenixsoft/clazz/TestClassTwo，那在整个验证环节*必须要找到一个类名叫做TestClassTwo的引用加载进方法区，不然throw ClassNotFoundeClass，更细致的可以使用javap工具查看class字节码的内容，文件中会明确区分引用是class还是引用other class还是method
  4. 常量池的常量是否被支持
元数据验证
  1. 类是否是父类
  2. 是否继承了不允许继承的类 （final）
  3. 非抽象类，是否实现了父类和接口所有的方法
  4. 字段，方法是否和父类矛盾（覆盖父类final, 非法重载）

总结一下上面的两个步骤：

文件格式验证就是验证文件是不是JVM认识的文件，把所有的引用写入到方法区。

元数据验证就是看看方法区的引用是不是有语法错误，这里是引用只负责方法区层面（类，常量）的验证
字节码验证

这里验证的是方法体的内容
  1. 验证方法体内部的数据类型是否正常，如（int num = 0L这样的错误）
  2. 保证不会跳转到方法体以外
  3. 保证类型转换是否正常 (里氏替换原则)

ps:

由于方法体的庞大，1.6之后增加了StackMapTable属性来提高整体效率。

简单理解下StackMapTable：如果没有StackMapTable那JVM每次需要检查每一行代码，那把这个过程放在java编译成class的阶段，用不同的类型来计数，把这个字节码的验证前置，jvm实际验证的时候只看计数的结果，这样来提升效率

符号引用验证
  1. 文件格式验证阶段有一个*，说的是所有验证阶段结束后看引用是否存在。符号引用验证就是验证阶段的最后，他会做所有引用的匹配，[引用 <-> 类, 引用 <-> 方法, 引用 <-> 字段]
  2. 检查访问性，private, protected, public, default是否可以被访问


总结四个步骤：

文件格式验证：验证class文件是否是jvm可识别的文件 元数据验证：验证方法区层面的语法 （类，常量）
字节码验证：验证方法体内部的语法 （类型转换） 符号引用验证：验证引用是否存在，访问性

四个阶段全部通过则该文件可以进行分配内存。

准备

准备阶段是正式为“类变量”分配内存并设置初始值的阶段。

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public static int value = 123;
//在这个阶段value = 0
public static final int value = 123;
//在这个阶段value = 123
//javac 赋值给value的123

除了final之外，所有的类型都会给初始值

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reference = null
boolean = false
int = 0

解析

解析之前先了解两个词：

  • 符号引用：刚才在”文件格式验证”阶段，我们得到了类中的所有信息(类似org/abc/Test)，使用的词是“引用”，它无法跟内存交互，只是用来相互定位类，方法，常亮等信息；这个“引用”就是符号引用。
  • 直接引用：既然符号引用只是来互相定位，那么直接引用就是把定位的信息，真正和内存挂钩，指向目标的指针，相对偏移量，句柄。

解析的过程就是讲所有常量池中的符号引用替换为直接引用。

解析其实是另一种验证，验证阶段是建立在符号引用的表面验证；而解析是符号引用转换为直接引用过程中的二次验证

初始化

  • 初始化是真正一行一行走代码，来分配内存，走static代码块
  • 初始化阶段是执行类构造器的阶段 <clinit>()
  • <clinit>()是自动收集类中的所有类变量和赋值动作和静态代码块

参考

文章参考 《深入理解Java虚拟机》