当 Java 虚拟机将 Java 源码编译为字节码之后,虚拟机便可以将字节码读取进内存,从而进行解析、运行等整个过程,这个过程我们叫:Java 虚拟机的类加载机制。JVM 虚拟机执行 class 字节码的过程可以分为七个阶段:加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载。
在开始聊之前,先给大家看一道面试题。
class Grandpa
{
static
{
System.out.println("爷爷在静态代码块");
}
}
class Father extends Grandpa
{
static
{
System.out.println("爸爸在静态代码块");
}
public static int factor = 25;
public Father()
{
System.out.println("我是爸爸~");
}
}
class Son extends Father
{
static
{
System.out.println("儿子在静态代码块");
}
public Son()
{
System.out.println("我是儿子~");
}
}
public class InitializationDemo
{
public static void main(String[] args)
{
System.out.println("爸爸的岁数:" + Son.factor); //入口
}
}
请写出最后的输出字符串。
正确答案是:
爷爷在静态代码块
爸爸在静态代码块
爸爸的岁数:25
我相信很多同学看到这个题目之后,表情是崩溃的,完全不知道从何入手。有的甚至遇到了几次,仍然无法找到正确的解答思路。
其实这种面试题考察的就是你对Java类加载机制的理解。如果你对Java加载机制不理解,那么你是无法解答这道题目的。这篇文章,我将通过对Java类加载机制的讲解,让你掌握解答此类题目的方法。
加载
下面是对于加载过程最为官方的描述。
加载阶段是类加载过程的第一个阶段。在这个阶段,JVM 的主要目的是将字节码从各个位置(网络、磁盘等)转化为二进制字节流加载到内存中,接着会为这个类在 JVM 的方法区创建一个对应的 Class 对象,这个 Class 对象就是这个类各种数据的访问入口。
其实加载阶段用一句话来说就是:把代码数据加载到内存中。这个过程对于我们解答这道问题没有直接的关系,但这是类加载机制的一个过程,所以必须要提一下。
验证
当 JVM 加载完 Class 字节码文件并在方法区创建对应的 Class 对象之后,JVM 便会启动对该字节码流的校验,只有符合 JVM 字节码规范的文件才能被 JVM 正确执行。这个校验过程大致可以分为下面几个类型:
JVM规范校验。JVM 会对字节流进行文件格式校验,判断其是否符合 JVM 规范,是否能被当前版本的虚拟机处理。例如:文件是否是以 0x cafe bene开头,主次版本号是否在当前虚拟机处理范围之内等。
代码逻辑校验。JVM 会对代码组成的数据流和控制流进行校验,确保 JVM 运行该字节码文件后不会出现致命错误。例如一个方法要求传入 int 类型的参数,但是使用它的时候却传入了一个 String 类型的参数。一个方法要求返回 String 类型的结果,但是最后却没有返回结果。代码中引用了一个名为 Apple 的类,但是你实际上却没有定义 Apple 类。
当代码数据被加载到内存中后,虚拟机就会对代码数据进行校验,看看这份代码是不是真的按照JVM规范去写的。这个过程对于我们解答问题也没有直接的关系,但是了解类加载机制必须要知道有这个过程。
准备(重点)
当完成字节码文件的校验之后,JVM 便会开始为类变量分配内存并初始化。这里需要注意两个关键点,即内存分配的对象以及初始化的类型。
内存分配的对象。Java 中的变量有「类变量」和「类成员变量」两种类型,「类变量」指的是被 static 修饰的变量,而其他所有类型的变量都属于「类成员变量」。在准备阶段,JVM 只会为「类变量」分配内存,而不会为「类成员变量」分配内存。「类成员变量」的内存分配需要等到初始化阶段才开始。
例如下面的代码在准备阶段,只会为 factor 属性分配内存,而不会为 website 属性分配内存。
public static int factor = 3;
public String website = "www.cnblogs.com/chanshuyi";
初始化的类型。在准备阶段,JVM 会为类变量分配内存,并为其初始化。但是这里的初始化指的是为变量赋予 Java 语言中该数据类型的零值,而不是用户代码里初始化的值。
例如下面的代码在准备阶段之后,sector 的值将是 0,而不是 3。
public static int sector = 3;
但如果一个变量是常量(被 static final 修饰)的话,那么在准备阶段,属性便会被赋予用户希望的值。例如下面的代码在准备阶段之后,number 的值将是 3,而不是 0。
public static final int number = 3;
之所以 static final 会直接被复制,而 static 变量会被赋予零值。其实我们稍微思考一下就能想明白了。
两个语句的区别是一个有 final 关键字修饰,另外一个没有。而 final 关键字在 Java 中代表不可改变的意思,意思就是说 number 的值一旦赋值就不会在改变了。既然一旦赋值就不会再改变,那么就必须一开始就给其赋予用户想要的值,因此被 final 修饰的类变量在准备阶段就会被赋予想要的值。而没有被 final 修饰的类变量,其可能在初始化阶段或者运行阶段发生变化,所以就没有必要在准备阶段对它赋予用户想要的值。 |
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