Java类加载机制和对象创建过程

Java类加载机制和对象创建过程

1、类加载

类加载的时机

​ 类加载,即虚拟机加载.class文件。什么时候虚拟机需要开始加载一个类呢?虚拟机对此没有规范约束,交给虚拟机把握。

Javac原理

​ javac是用于将源码文件.java编译成对应的字节码文件.class。

​ 其步骤是:源码——>词法分析器组件(生成token流)——>语法分析器组件(语法树)——>语义分析器组件(注解语法树)——>代码生成器组件(字节码)。

类加载过程

​ 先在方法区找class信息,有的话直接调用,没有的话则使用类加载器加载到方法区(静态成员放在静态区,非静态成功放在非静态区),静态代码块在类加载时自动执行代码,非静态的不执行;先父类后子类,先静态后非静态;静态方法和非静态方法都是被动调用,即不调用就不执行。

​ 类加载的流程如下图:

1、加载
  • 通过类的全名限定获取定义此类的二进制字节流。
  • 将字节流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(方法区)生成一个代表这个类的class对象,作为方法区这个类的各种数据访问入口。

加载和连接是交叉进行的,加载未完成可能连接已经开始了。

2、验证

​ 检查class是否符合要求,非必须阶段,对程序的运行期没有影响,-Xverif:none 关闭(可以提高启动速度)

  • 文件格式验证(魔数、常量类型);

  • 元数据验证(语义分析);

  • 字节码验证(语义合法);

  • 符号引用验证;

3、准备

​ 正式为类变量(static成员变量)分配内存并设置类变量初始值(零值)的阶段,这个变量所使用的内存都将在方法区进行分配,这时候的内存分配仅包括类变量,而不包括实例变量,实例变量将会在对象实例化时随着对象一起在堆中进行分配。

4、解析

​ 虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。

5、初始化

​ 初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法的过程,虚拟机会保证一个类的类构造器<clinit>()在多线程环境中被正确的加锁,同步;如果多个线程同时初始化一个类,那么只会有一个线程区执行这个类的类构造器,其他线程阻塞等待,直到<clinit>()方法完毕,同一个类加载器,一个类只会被初始化一次。

2、类的初始化

类实例化和初始化概念

类实例化:是指创建一个类的实例(对象)的过程,由类创建的对象,在构造一个实例时,需要在内存中开辟空间,即new Object()。

类初始化:是指类中各个类成员(被static修饰的成员变量)赋初始值的过程,是类生命周期中的一个阶段;即实例化基础上对对象赋初始值。

类初始化的时机

有且只有5中情况下必须立即对类进行初始化:

  • 遇到new、getstatic、putstaic、invokestatic 四条字节码指令,如果没有初始化则需要先进行初始化。

注:数组类型初始化只会初始化数组类型本身,不会初始化相关类型,例如:new String[],此时只会初始化String[]即Ljava.lang.String,但是不会触发初始化String。

常见场景:

1、使用new关键字实例化对象。

2、读取或者设置一个类的静态字段(被final修饰,已在编译器把结果放在常量池的静态字段除外)的时候。

3、调用一个类的静态方法时。

  • 使用java.lang.reflect进行反射调用,如果未初始化,触发初始化
  • 初始化一个类时,若父类未初始化,则先触发父类初始化
  • 虚拟机启动时,用户需要指定一个执行main方法的主类,虚拟机会先初始化这个类
  • 如果一个java.lang.invoke.MethodHandle 实例最后的解析结果的REF-getstatic、REF-pubstatic、REF-invokestatic方法句柄,并且这个方法句柄所在对应的类没有进行初始化,则需要先触发其初始化

以上初始化称为主动引用,除此之外所有引用类的方式都不会触发初始,称为被动引用

被动引用案例

  • 通过子类引用父类的静态字段,不会导致子类的初始化。
  • 通过数组定义来引用类,不会触发此类的初始化。
  • 常量在编译阶段会存入调用类的常量池中,本质上并没有直接引用到定义常量的类,因此不会触发定义常量的初始化;例如:调用public static final String CONSTANT="XXX"。

Java对象创建的几种方式

(new、反射、克隆 )

  • new Object(),以new方式调用构造函数创建对象;
  • 使用class类的newInstance()方法(反射);
  • 使用Constructor类的newInstance()方法(反射);
  • 使用clone()方法创建对象(克隆);
  • 使用序列化|反序列化机制创造对象(深克隆);

Java对象创建的过程

  1. 在堆内存中开辟一块空间;

  2. 给开辟的空间分配一个地址;

  3. 对所有非静态成员加载到所开辟的空间;

  4. 对非静态成员变量进行默认值初始化;

  5. 调用构造函数;

  6. 构造函数入栈执行时,先隐式三步(super()、初始化、构造代码块),再执行构造函数代码;

    构造函数和构造器的执行顺序:

    1. 父类的类构造器<clinit>()
    2. 子类的类构造器<clinit>()
    3. 父类的成员变量和实例代码块
    4. 父类的构造函数
    5. 子类的成员变量和实例代码块
    6. 子类的构造函数
  7. 构造函数执行完弹出栈后,把空间分配的地址给引用对象;

核心步骤:检查类释放被加载——为新生对象分配内存——初始化设定零值——必要的设置——执行<init>方法。

类构造器<clinit>()与实例构造器<init>()区别:类构造器<clinit>()与实例构造器<init>()不同,它不需要显式调用,虚拟机自己保证子类<clinit>()之前 调用父类<clinit>()。在同一个类加载器下,一个类只会被初始化一次,但可以任意实例化对象;即:一个类生命周期中,类构造器最多会被虚拟机调用一次,而实例化构造器会被调用多次,只要还在创建对象。

Java对象实例初始化

涉及三种执行对象的初始化:

  • 实例变量初始化:实例变量直接赋值。
  • 实例代码块初始化:实例代码块赋值,编译器会将其中的代码放在类的构造函数中去,并且这些代码会被放在超类构造函数调用语句之后,构造函数本身代码之前;这也是为什么Java要求构造函数第一句必须是super();即超类的类构造函数的调用语句;Java要求实例化之前必须实例化其父类,以保证完整性。
  • 构造函数初始化
public class A{
    private int i=2;//实例变量初始化

    {
        i++;//实例代码块初始化
    }

    public A(){}//构造函数初始化
}

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