类(型)的生命周期--装载、连接、初始化、卸载

Java虚拟机通过装载、连接和初始化一个Java类型，使该类型可以被正在运行的Java程序所使用。

 

1.       装载

 

装载阶段包括三个基本动作：

 

a)         通过该类型的完全限定名，产生一个代表该类型的二进制数据流。

b)         解析这个二进制数据流为方法区的内部数据结构（方法区）

c)         创建一个表示该类型的java.lang.Class类的实例（堆上）

 

二进制数据的产生的可能是很多的，比如：从本地系统装载一个class文件、网络下载一个class文件等等，有了这些二进制数据之后，java虚拟机就会对这些数据进行足够的处理，然后它才能创建java.lang.Class的实例对象。

 

装载步骤的最终产品就是这个Class类的实例对象，它成为Java程序与内部数据结构之间的接口。要访问关于该类型的信息，程序就要调用该类型对应的Class对应的方法。

 

这样一个过程就是把一个二进制数据解析为方法区中的内部数据结构、并在堆上建立一个Class对象的过程，称为“创建”类型。

2.       连接

在类型被装载以后，就准备连接了。连接过程的第一步就是：验证

 

2.1  验证

在装载过程中，虚拟机必须解析代表类型的二进制数据流，并且构造内部数据结构，这时候就必须做一些特定的检查，以保证解析二进制数据的初始工作不会导致虚拟机崩溃。比如确保每一个部分在正确的位置，拥有正确的长度，验证文件不是太长或者太短，等等，虽然这些检查在装载期间完成，是在正式连接验证之前完成，但是它们在逻辑上仍然属于验证阶段。

 

在正式的验证阶段可能需要完成一下检查：

 

l  检查final的类不能拥有子类

l  检查final的方法不能被覆盖

l  确保在类型和超类型之间没有不兼容的方法声明

l  检查所有常量池入口相互之间一致

l  检查常量池中所有的特殊字符串

l  检查字节码完整性

 

上面列出的最复杂的任务就是：字节码完验证。所有的Java需以及都必须设法为它们执行的每一个方法检查字节码的完整性。

 

2.2 准备

 

在准备阶段，Java虚拟机为类变量分配内存，设置默认初始值。但在到达初始化之前，类变量都没有被初始化为真正的初始值（准备阶段不执行Java代码）。

 

2.3 解析

 

解析过程就是在类型的常量池中寻找类、接口、字段和方法的符号引用，把这些符号引用替换成直接引用的过程。

 

3.       初始化

 

初始化就是为类变量赋予正确的初始值。

 

3.1 初始化的时机-------在首次主动使用前初始化

 

在类和接口被装载和连接上，Java虚拟机规范提供了一定的灵活性。但是它严格地定义了初始化的时机。所有的Java虚拟机实现必须在每个类或接口首次主动使用时初始化。下面6种情况符合主动使用的要求：

 

l  当创建某个类的新实例时（new；或者不明确的创建。反射。克隆或者反序列化）

l  调用某个类的静态方法

l  使用某个类或接口的静态字段，或者对该字段赋值（final修饰的除外，它被初始化为一个编译时的常量表达式）

l  调用Java API中的某些反射方法

l  当初始化某个类的子类时（要求超类也已经初始化）

l  当虚拟机启动时某个被表明为启动类的类（main（）方法那个类）

 

除了上述6种情况以外，所有其他使用Java类型的方式都是被动使用。它们都不回导致Java类型的初始化。

 

对于第三点，使用一个非常量的静态字段只有当类或者接口的确使用了这个字段时才是主动使用。

 

比如，类中声明的字段可能会被子类引用；接口中声明的字段可能会被子接口或者实现了这个接口的类引用，对于子类、子接口和实现了接口的类来说，这就是被动使用------使用它们并不会触发它们的初始化。只有当字段的确是被类或者接口声明的时候才是主动使用。

 

当然，超类和子类的规则对于接口并不适用，一个接口的初始化不要求它的父接口预先被初始化。只有在某个接口所声明的非常量字段被使用时，该接口才会被初始化，而不是因为这个接口的子接口或类要初始化而被初始化。

 

无论如何，如果一个类型在它的首次使用之前还没有被装载和连接的话，那它必须不在此时被装载和连接，这样它才能被初始化。装载、连接可以在更早的时候进行。

 

 

3.2 初始化初探

 

为类变量赋予正确的初始值是通过：类变量初始化语句或者静态初始化语句给出的。

 

一个类变量初始化语句是变量声明后面的等号和表达式：

 

class Example1a {

    // "= 3 * (int) (Math.random() * 5.0)" is the class variable
    // initializer
    static int size = 3 * (int) (Math.random() * 5.0);
}

 

 

静态初始化语句是一个以static关键字开头的程序快：

class Example1b {

    static int size;

    // This is the static initializer
    static {

        size = 3 * (int) (Math.random() * 5.0);
    }
}

 

 

所有的类变量初始化语句和类型的静态初始化器都被Java编译器收集在一起，放到一个特殊的方法中，称为 类/接口 初始化方法<clinit>。

 

初始化接口并不需要初始化它的父接口，因为初始化接口只需要一步：如果接口存在初始化方法，就执行那个方法。

 

3.3  <clinit>方法不是必须的

 

并非所有的类都需要在它们的class文件中拥有一个<clinit>方法。只有那些的确需要执行Java代码来赋予类变量正确初始值的类才会有类初始化方法。以下情况就不会有<clinit>方法：

 

l  类没有声明任何类变量，也没有静态初始化语句。

l  声明了类变量，但是没有明确使用类变量初始化语句或者静态初始化语句

l  仅包含静态final变量的类变量初始化语句，而且这些类变量初始化语句采用编译时常量表达式

 

下面的代码就不会产生<clinit>方法：

 

class Example1d {
    static final int angle = 35;
    static final int length = angle * 2;
}

 

 

两个常量赋予的初始化，这些表达式是编译时常量。Example1d类被Java虚拟机装载的时，angle和length字段并非类变量，它们是常量，不是保存在方法区中，Java虚拟机在使用它们的任何类的常量池或者字节码流中直接存放的是它们表示的常量的int值。因此不需要<clinit>方法

 

3.4 接口中的<clinit>方法

所有的接口中声明的隐式公开（public）、静态（static）和最终（final）字段都必须在字段初始化语句中初始化。如果接口包含任何不能在编译时被解析成为一个常量的字段初始化语句，接口就会有一个<clinit>方法。

 

interface Example1f {

    int ketchup = 5;
    int mustard = (int) (Math.random() * 5.0);
}

 

这两个隐式公开的字段只有mustard被<clinit>方法初始化了。因为ketchup字段被初始化为一个编译时常量，它被编译器特殊处理了。

 

 

4.卸载

 

在很多方面，Java虚拟机中类的生命周期和对象的生命周期很相似。虚拟机创建并初始化对象，使程序能使用对象，然后在对象变得不再引用后可选地执行垃圾收集。同样，虚拟机装载、连接并初始化类，使得程序能使用类，当程序不在引用它们的时候可选地卸载它们。

 

类的垃圾收集这卸载在Java虚拟机中很重要，是因为Java程序可以在运行时通过用户自定义的类装载器装载类型来动态扩展程序，所有被装载类型都在方法区占据内存空间，方法区的不能无限增长，所以得收集、卸载。

 

判断一个动态装载的类型是否仍然需要的方法就是：如果程序不再引用某类型，那么这个类型就可以被收集。

 

使用启动类装载器装载的类型永远是可触及的，所以永远不会被卸载。只有用户定义的类装载器装载的类型才会变成不可触及的，从而被虚拟机回收。

 

5.总结

 

类在装载、连接、初始化以后，这就把一个类型二进制数据解析为方法区中的内部数据结构、并在堆上建立了一个Class对象，类变量也已经正确初始化，这样就可以随时访问它的静态字段，调用静态方法或者创建它的实例（创建对象）。

 

当类（型）在变得不可收集以后，就会被虚拟机回收。