一. 類的加載過程

1. 類的加載過程大致是個(gè)什么過程？

我們編寫產(chǎn)生.java文件，這些.java文件經(jīng)過Java編譯器編譯成拓展名為.class的文件，.class文件中保存著Java代碼經(jīng)轉(zhuǎn)換后的虛擬機(jī)指令，我們需要將類的.class文件通過類加載器加載成為二進(jìn)制流進(jìn)入內(nèi)存，即JVM運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)中的方法區(qū)中成為一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。然后，在運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)中（沒有明確規(guī)定是在堆中）生成一個(gè)java.lang.Class對(duì)象，這個(gè)對(duì)象用來封裝加載到方法區(qū)的類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，便于向Java開發(fā)者提供用來訪問方法區(qū)中類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的接口。

再來先放一張刻在Java程序員DNA里的圖便于直觀的討論

2. 類的具體加載過程

2.1 加載（Loading）

• 通過一個(gè)類的全限定名來獲取定義此類的二進(jìn)制字節(jié)流（并沒有指明要從一個(gè)Class文件中獲取，可以從其他渠道，譬如：網(wǎng)絡(luò)、動(dòng)態(tài)生成、數(shù)據(jù)庫等）
• 將這個(gè)字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
• 在內(nèi)存中(對(duì)于HotSpot虛擬就而言就是方法區(qū))生成一個(gè)代表這個(gè)類的java.lang.Class對(duì)象，作為方法區(qū)這個(gè)類的各種數(shù)據(jù)的訪問入口

2.2 驗(yàn)證（Verification）

驗(yàn)證是連接階段的第一步，這一過程的目的是為了確保.Class文件的字節(jié)流中包含的信息符合當(dāng)前虛擬機(jī)的要求，并且不會(huì)危害虛擬機(jī)自身的安全。 驗(yàn)證階段大致會(huì)完成4個(gè)階段的檢驗(yàn)動(dòng)作：

• 文件格式驗(yàn)證：驗(yàn)證字節(jié)流是否符合.Class文件格式的規(guī)范(例如，是否以魔術(shù)0xCAFEBABE開頭(cafe babe咖啡寶貝，就問你夠不夠騷氣)、主次版本號(hào)是否在當(dāng)前虛擬機(jī)的處理范圍之內(nèi)、常量池中的常量是否有不被支持的類型)
• 元數(shù)據(jù)驗(yàn)證：對(duì)字節(jié)碼描述的信息進(jìn)行語義分析，以保證其描述的信息符合Java語言規(guī)范的要求(例如：這個(gè)類是否有父類，除了java.lang.Object之外)
• 字節(jié)碼驗(yàn)證：通過數(shù)據(jù)流和控制流分析，確定程序語義是合法的、符合邏輯的
• 符號(hào)引用驗(yàn)證：確保解析動(dòng)作能正確執(zhí)行

一個(gè)正兒八經(jīng)的.class文件字節(jié)碼格式要求如下，以下數(shù)據(jù)項(xiàng)的數(shù)量和順序都是嚴(yán)格限制死的
u2，u4，u8分別對(duì)應(yīng)2字節(jié)，4字節(jié)，8字節(jié)無符號(hào)數(shù)
以_info結(jié)尾表明該數(shù)據(jù)是表形式

類型名稱數(shù)量

u4	magic	1
u2	minor_version	1
u2	major_version	1
u2	constant_pool_count	1
cp_info	constant_pool	constant_pool_count-1
u2	access_flags	1
u2	this_class	1
u2	super_class	1
u2	interfaces_count	1
u2	interfaces	interface_count
u2	fields_count	1
field_info	fields	fields_count
u2	methods_count	1
method_info	methods	method_count
u2	attributes_count	1
attribute_info	attributes	attributes_count

2.3 準(zhǔn)備(Preparation)

準(zhǔn)備階段是正式為類變量（static 成員變量）分配內(nèi)存并設(shè)置類變量初始值（零值）的階段，是連接階段的第二步，這些變量所使用的內(nèi)存都將在方法區(qū)中進(jìn)行分配。這時(shí)候進(jìn)行內(nèi)存分配的僅包括類變量，而不包括實(shí)例變量，實(shí)例變量將會(huì)在對(duì)象實(shí)例化時(shí)隨著對(duì)象一起分配在堆中。其次，這里所說的初始值“通常情況”下是數(shù)據(jù)類型的零值。
假設(shè)一個(gè)類變量的定義為: public static int value = 123;
那么，變量value在準(zhǔn)備階段過后的值為0而不是123
因?yàn)檫@時(shí)候尚未開始執(zhí)行任何Java方法，而把value賦值為123的 public static指令是在程序編譯后，存放于類構(gòu)造器<clinit>()方法之中的，所以把value賦值為123的動(dòng)作將在初始化階段才會(huì)執(zhí)行。

注意：如果是static final類型的常量屬性，它會(huì)被直接賦予所給定的初始值
假設(shè)一個(gè)常量定義為：public static final int constValue = 123;
那么，變量constValue準(zhǔn)備階段后的值就為123

原因是在加載生成.class字節(jié)碼文件時(shí)，在attributes屬性表中有一個(gè)ConstantValue屬性類型，如果類變量是static final修飾的常量，就會(huì)生成一個(gè)ConstantValue屬性來進(jìn)行初始化。

2.4 解析(Resolution)

解析階段連接的最后一部，也是虛擬機(jī)將常量池內(nèi)的符號(hào)引用替換為直接引用的過程。解析動(dòng)作主要針對(duì)類或接口、字段、類方法、接口方法、方法類型、方法句柄和調(diào)用點(diǎn)限定符7類符號(hào)引用進(jìn)行。

2.5 初始化(Initialization)

類初始化階段是類加載過程的最后一步。在前面的類加載過程中，除了在加載階段用戶應(yīng)用程序可以通過自定義類加載器參與之外，其余動(dòng)作完全由虛擬機(jī)主導(dǎo)和控制。到了初始化階段，才真正開始執(zhí)行類中定義的Java程序代碼(字節(jié)碼)。
在準(zhǔn)備階段，變量已經(jīng)賦過一次系統(tǒng)要求的初始值(零值)；而在初始化階段，則根據(jù)開發(fā)者通過程序制定的主觀計(jì)劃去初始化類變量和其他資源，或者更直接地說：初始化階段是執(zhí)行類構(gòu)造器<clinit>()方法的過程。<clinit>()方法是由編譯器自動(dòng)收集類中的所有類變量的賦值動(dòng)作和靜態(tài)語句塊static{}中的語句合并產(chǎn)生的，編譯器收集的順序是由語句在源文件中出現(xiàn)的順序所決定的，靜態(tài)語句塊只能訪問到定義在靜態(tài)語句塊之前的變量。
（PS：類構(gòu)造器使用<clinit>()進(jìn)行初始化，而實(shí)例構(gòu)造器使用的是<init>()方法

注意：如果該類的直接父類還沒有被初始化，那么先初始化其直接父類，也就是先執(zhí)行父類的<clinit>方法

3.類的加載器

在虛擬機(jī)提供了三種類加載器：

• 啟動(dòng)（Bootstrap）類加載器
• 擴(kuò)展（Extension）類加載器
• 系統(tǒng)（System）類加載器（也稱應(yīng)用類加載器）

3.1 啟動(dòng)類加載器（Bootstrap）

當(dāng)我們每天打開自己的電腦時(shí)，第一個(gè)運(yùn)行的就是我們的引導(dǎo)程序，即Bootstrap，所以看這加載器的名字就知道，是一個(gè)非常底層的類加載器，它主要加載的是JVM自身需要的類，這個(gè)類是由C++實(shí)現(xiàn)的，是虛擬機(jī)自身的一部分。

它負(fù)責(zé)將 <JAVA_HOME>/lib路徑下的核心類庫或-Xbootclasspath參數(shù)指定的路徑下的jar包加載到內(nèi)存中，注意必由于虛擬機(jī)是按照文件名識(shí)別加載jar包的，如rt.jar，如果文件名不被虛擬機(jī)識(shí)別，即使把jar包丟到lib目錄下也是沒有作用的，出于安全考慮，Bootstrap啟動(dòng)類加載器只加載包名為java、javax、sun等開頭的類。

啟動(dòng)類加載器是無法被Java程序直接引用的。

3.2 擴(kuò)展類加載器（Extension）

該加載器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader實(shí)現(xiàn)，它負(fù)責(zé)加載 JDK\jre\lib\ext目錄中，或者由 java.ext.dirs系統(tǒng)變量指定的路徑中的所有類庫（如javax.開頭的類），開發(fā)者可以直接使用擴(kuò)展類加載器。

3.3 系統(tǒng)類加載器（System/Application）

該類加載器由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader來實(shí)現(xiàn)，它負(fù)責(zé)加載系統(tǒng)類路徑j(luò)ava -classpath或-D java.class.path指定路徑下的類庫，也就是我們經(jīng)常用到的classpath路徑，開發(fā)者可以直接使用該類加載器，如果應(yīng)用程序中沒有自定義過自己的類加載器，一般情況下這個(gè)就是程序中默認(rèn)的類加載器。

注意：
應(yīng)用程序都是由這三種類加載器互相配合進(jìn)行加載的，如果有必要，我們還可以加入自定義的類加載器。
Java虛擬機(jī)對(duì)class文件采用的是按需加載的方式，也就是說當(dāng)需要使用該類時(shí)才會(huì)將它的class文件加載到內(nèi)存生成class對(duì)象，而且加載某個(gè)類的class文件時(shí)，Java虛擬機(jī)采用的是雙親委派模式即把請(qǐng)求交由父類處理，它一種任務(wù)委派模式，下面我們進(jìn)一步了解它。

3.4 雙親委派模型

雙親委派模型的工作流程是：如果一個(gè)類加載器收到了類加載的請(qǐng)求，它首先不會(huì)自己去嘗試加載這個(gè)類，而是把請(qǐng)求委托給父加載器去完成，依次向上，因此，所有的類加載請(qǐng)求最終都應(yīng)該被傳遞到頂層的啟動(dòng)類加載器中，只有當(dāng)父加載器在它的搜索范圍中沒有找到所需的類時(shí)，即無法完成該加載，子加載器才會(huì)嘗試自己去加載該類。

注意不同層的類加載器不是繼承關(guān)系，而是通過組合實(shí)現(xiàn)類加載器調(diào)用上一級(jí)加載功能。

雙親委派機(jī)制:

1、當(dāng) AppClassLoader加載一個(gè)class時(shí)，它首先不會(huì)自己去嘗試加載這個(gè)類，而是把類加載請(qǐng)求委派給父類加載器ExtClassLoader去完成。

2、當(dāng) ExtClassLoader加載一個(gè)class時(shí)，它首先也不會(huì)自己去嘗試加載這個(gè)類，而是把類加載請(qǐng)求委派給BootStrapClassLoader去完成。

3、如果 BootStrapClassLoader加載失敗（例如在 $JAVA_HOME/jre/lib里未查找到該class），會(huì)使用 ExtClassLoader來嘗試加載；

4、若ExtClassLoader也加載失敗，則會(huì)使用 AppClassLoader來加載，如果 AppClassLoader也加載失敗，則會(huì)報(bào)出異常 ClassNotFoundException。

實(shí)現(xiàn)代碼：

protected sychronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException{//檢查請(qǐng)求的類是否已經(jīng)被加載Class c = findLoadedClass(name);if(c == null){try{if(parent != null){c = parent.loadClass(name, false);}else{c = findBootstrapClassOrNull(name);}}catch(ClassNotFoundException e){//父類無法完成加載}if(c == null){//父類無法加載，調(diào)用本身的findClass方法來進(jìn)行類加載c = findClass(name);}}if(resolve){resolveClass(c);}return c; }

二. 創(chuàng)建對(duì)象的過程

當(dāng)一個(gè)對(duì)象被創(chuàng)建時(shí)，虛擬機(jī)就會(huì)為其在堆中分配內(nèi)存來存放對(duì)象自己的實(shí)例變量及其從父類繼承過來的實(shí)例變量(即使這些從超類繼承過來的實(shí)例變量有可能被隱藏但也會(huì)被分配空間)。在為這些實(shí)例變量分配內(nèi)存的同時(shí)，這些實(shí)例變量也會(huì)被賦予默認(rèn)值(零值)。在內(nèi)存分配完成之后，Java虛擬機(jī)就會(huì)開始對(duì)新創(chuàng)建的對(duì)象按照程序猿的意志進(jìn)行初始化。在Java對(duì)象初始化過程中，主要涉及三種執(zhí)行對(duì)象初始化的結(jié)構(gòu)，分別是 實(shí)例變量初始化、實(shí)例代碼塊初始化 以及 構(gòu)造函數(shù)初始化。（從父類到子類）
一個(gè)對(duì)象創(chuàng)建過程的偽代碼，instance = new Singleton();

memory = allocate(); //1.分配內(nèi)存空間 ctorInstance(memory); //2.初始化對(duì)象 instance = memory; //3.設(shè)置instance指向剛分配的內(nèi)存地址

由于JVM的重排序，又可能步驟2和步驟3的過程互換。

• Java要求在實(shí)例化類之前，必須先實(shí)例化其超類，以保證所創(chuàng)建實(shí)例的完整性。事實(shí)上，這一點(diǎn)是在構(gòu)造函數(shù)中保證的：Java強(qiáng)制要求Object對(duì)象(Object是Java的頂層對(duì)象，沒有超類)之外的所有對(duì)象構(gòu)造函數(shù)的第一條語句必須是超類構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用語句或者是類中定義的其他的構(gòu)造函數(shù)，如果我們既沒有調(diào)用其他的構(gòu)造函數(shù)，也沒有顯式調(diào)用超類的構(gòu)造函數(shù)，那么編譯器會(huì)為我們自動(dòng)生成一個(gè)對(duì)超類構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用

• 我們?cè)诙x（聲明）實(shí)例變量的同時(shí)，還可以直接對(duì)實(shí)例變量進(jìn)行賦值或者使用普通代碼塊對(duì)其進(jìn)行賦值。如果我們以這兩種方式為實(shí)例變量進(jìn)行初始化，那么它們將在構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行之前完成這些初始化操作。
  實(shí)際上，如果我們對(duì)實(shí)例變量直接賦值或者使用實(shí)例代碼塊賦值，那么編譯器會(huì)將其中的代碼放到類的構(gòu)造函數(shù)中去，并且這些代碼會(huì)被放在對(duì)超類構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用語句之后，構(gòu)造函數(shù)本身的代碼之前。所以從最終的初始化順序來看，這些初始化操作在構(gòu)造器之前完成。

• 類構(gòu)造器<clinit>()與實(shí)例構(gòu)造器<init>()不同，它不需要程序員進(jìn)行顯式調(diào)用，虛擬機(jī)會(huì)保證在子類類構(gòu)造器<clinit>()執(zhí)行之前，父類的類構(gòu)造<clinit>()執(zhí)行完畢。由于父類的構(gòu)造器<clinit>()先執(zhí)行，也就意味著父類中定義的靜態(tài)代碼塊/靜態(tài)變量的初始化要優(yōu)先于子類的靜態(tài)代碼塊/靜態(tài)變量的初始化執(zhí)行。
  特別地，類構(gòu)造器<clinit>()對(duì)于類或者接口來說并不是必需的，如果一個(gè)類中沒有靜態(tài)代碼塊，也沒有對(duì)類變量的賦值操作，那么編譯器可以不為這個(gè)類生產(chǎn)類構(gòu)造器<clinit>()。此外，在同一個(gè)類加載器下，一個(gè)類只會(huì)被初始化一次，但是一個(gè)類可以任意地實(shí)例化對(duì)象。也就是說，在一個(gè)類的生命周期中，類構(gòu)造器<clinit>()最多會(huì)被虛擬機(jī)調(diào)用一次，而實(shí)例構(gòu)造器<init>()則會(huì)被虛擬機(jī)調(diào)用多次，只要程序員還在創(chuàng)建對(duì)象。

• 一個(gè)實(shí)例變量在對(duì)象初始化的過程中會(huì)被賦值幾次？
  我們知道，JVM在為一個(gè)對(duì)象在堆中分配完內(nèi)存之后，會(huì)給每一個(gè)實(shí)例變量賦予默認(rèn)零值，這個(gè)時(shí)候?qū)嵗兞勘坏谝淮钨x值，這個(gè)賦值過程是沒有辦法避免的。如果我們?cè)诼暶鲗?shí)例變量x的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行了賦值操作，那么這個(gè)時(shí)候，這個(gè)實(shí)例變量就被第二次賦值了。如果我們?cè)趯?shí)例代碼塊中，又對(duì)變量x做了初始化操作，那么這個(gè)時(shí)候，這個(gè)實(shí)例變量就被第三次賦值了。如果我們?cè)跇?gòu)造函數(shù)中，也對(duì)變量x做了初始化操作，那么這個(gè)時(shí)候，變量x就被第四次賦值。也就是說，在Java的對(duì)象初始化過程中，一個(gè)實(shí)例變量最多可以被初始化4次。當(dāng)然了，一般不會(huì)這樣做，除非特殊情況。

總的來說就是：父類的類構(gòu)造器<clinit>() ->子類的類構(gòu)造器<clinit>() -> 父類的成員變量和實(shí)例代碼塊 -> 父類的構(gòu)造函數(shù) -> 子類的成員變量和實(shí)例代碼塊 -> 子類的構(gòu)造函數(shù)

有關(guān)Java靜態(tài)域、塊，非靜態(tài)域、塊、構(gòu)造函數(shù)的初始化順序？
對(duì)于靜態(tài)變量、靜態(tài)初始化塊、變量、初始化塊、構(gòu)造器，它們的初始化順序以此是（靜態(tài)變量、靜態(tài)初始化塊）>（實(shí)例變量、初始化塊）> 構(gòu)造器。靜態(tài)代碼塊是在類加載時(shí)自動(dòng)執(zhí)行的，非靜態(tài)代碼塊是在創(chuàng)建對(duì)象時(shí)自動(dòng)執(zhí)行的代碼，不創(chuàng)建對(duì)象不執(zhí)行該類的非靜態(tài)代碼塊。

靜態(tài)代碼塊 與 靜態(tài)方法？
一般情況下，如果有些代碼必須在項(xiàng)目啟動(dòng)的時(shí)候就執(zhí)行的時(shí)候，需要使用靜態(tài)代碼塊，這種代碼是主動(dòng)執(zhí)行的；需要在項(xiàng)目啟動(dòng)的時(shí)候就初始化，在不創(chuàng)建對(duì)象的情況下，其他程序來調(diào)用的時(shí)候，需要使用靜態(tài)方法，這種代碼是被動(dòng)執(zhí)行的。
兩者的區(qū)別就是：靜態(tài)代碼塊是自動(dòng)執(zhí)行的；靜態(tài)方法是被調(diào)用的時(shí)候才執(zhí)行的。
作用：靜態(tài)代碼塊可用來初始化一些項(xiàng)目最常用的變量或?qū)ο?#xff1b;靜態(tài)方法可用作不創(chuàng)建對(duì)象也可能需要執(zhí)行的代碼；

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的从JVM看类的加载过程与对象实例化过程的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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