JVM类的声明周期

刺骨的言语ヽ痛彻心扉 2024-02-19 08:12 22阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  版权声明
 *  生命周期概述
 *  加载阶段
 *   *  查看内存中的对象
 *  连接阶段
 *   *  连接阶段之验证
     *  连接阶段之准备
     *  连接阶段之解析
 *  初始化阶段
 *   *  练习题目一
     *  练习题目二
     *  练习题目三
     *  练习题目四
 *  使用阶段
 *  卸载阶段
 *  总结

*  本博客的内容基于我个人学习黑马程序员课程的学习笔记整理而成。我特此声明，所有版权属于黑马程序员或相关权利人所有。本博客的目的仅为个人学习和交流之用，并非商业用途。
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![在这里插入图片描述][2acd333b5aa4402a91df4a4d6cb092b8.png]

## 生命周期概述 ##

![在这里插入图片描述][9e37314325a1407cb26b6eecfcef12da.png]  
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。  
    ![在这里插入图片描述][1e05a6f8e1194767a4acd95f82b98562.png]
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  
    ![在这里插入图片描述][365db8033d844e44a92b48f8f39d9b68.png]
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  
        ![在这里插入图片描述][22d69b8b7d1749fda2890ac01b0d0f37.png]
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）**  
        ![在这里插入图片描述][0d823bebab5a49d4b0aa4370e0aca29f.png]

*  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  
    ![在这里插入图片描述][d85fee2be2ea4349a78bd736a4c661f2.png]

### 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 ##

![在这里插入图片描述][5fb374abac2c459293aa24ba31ee76a0.png]

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  
        ![在这里插入图片描述][282ddcda7b0141d793d393c2eae8d96c.png]
    2.  元信息验证，例如类必须有父类（super不能为空）  
        ![在这里插入图片描述][975d8aaac73e4dedb5501c6b3082f1a2.png]
    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  
        ![在这里插入图片描述][cad176d06bbe46eb88226a621a332817.png]
    4.  符号引用验证，例如是否访问了其他类中private的方法等。

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*  版本号的检测：Hotspot JDK8中虚拟机源码对版本号检测  
    ![在这里插入图片描述][512f4d76c45b4630bf1bbc0236bcfb0b.png]
    
     *  **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  
    ![在这里插入图片描述][d14db91a10b740a0aa452d3e17c00360.png]
 *  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。**  
    ![在这里插入图片描述][eac44e55cdfc4598ab9dc3b89897667a.png]
 *  **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。**  
    ![在这里插入图片描述][08eb3cebc7ce468c9a5868b48745309c.png]

### 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。**  
    ![在这里插入图片描述][173dfb7d9aa94d2a82aa69e9d8ce11fc.png]
 *  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。  
    ![在这里插入图片描述][6e0d1331674a423cb4e4a2956e70e108.png]

## 初始化阶段 ##

![在这里插入图片描述][bf18939f6c704c85b70b818a335c45cd.png]

*  **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**  
    ![在这里插入图片描述][d8209f28b55741d897efd13727a1e4bd.png]  
    ![在这里插入图片描述][9367be75c6de45c49b5d3f9e795a008d.png]  
    ![在这里插入图片描述][a9639abb58c84e22a3ed016a809bf304.png]
 *  clinit方法中的执行顺序与Java中编写的顺序是一致的  
    ![在这里插入图片描述][054b7b8b9ca24c20a1207b7f636fd7fc.png]
 *  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：  
    ![在这里插入图片描述][ade73a57a1624783b447837fa7fec174.png]
 *  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  
    ![在这里插入图片描述][84b4e033757248e6a67e3dd28434da41.png]

--------------------

### 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  
        ![在这里插入图片描述][f42d2c5478934e40b65fb4358eb8ecc5.png]
 *  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  
    ![在这里插入图片描述][e7b9beffbeb742ae9904418099c6ce0a.png]
 *  如果把new B02()去掉，结果如下  
    ![在这里插入图片描述][e25a42268ffd4f539357c3ee501f5132.png]

### 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：

*  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 ##

![在这里插入图片描述][c4e0bac564e9473782a454a3b541f224.png]  
![在这里插入图片描述][a9c3f465609a478c9cf4d6ac56bd6b3e.png]

*  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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