Java虛擬機器 類載入的過程

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類載入的全過程分為五個階段：載入、驗證、準備、解析、初始化。

1. 載入

這個階段可分為三段：

（1）載入二進位位元組流

根據類的全限定名（包名+類名），擷取此類的二進位位元組流。

虛擬機器規範沒有指定二進位位元組流從哪裡讀取，可以是class檔案，可以是jar，也可以由動態代理在運行時產生，等等，只要是符合規範的位元組流即可，由類載入器來決定位元組流的來源。

（2）產生方法區的資料結構

根據前一步讀取到的位元組，在方法區建立運行時資料結構。

（3）建立Class執行個體

在Java堆中建立java.lang.Class的執行個體，作為程式碼訪問類型資料的外部介面。

2. 驗證

這個階段驗證讀取到的二進位位元組流是否符合虛擬機器規範中Class檔案的儲存格式，如果不符合，拋出java.lang.VerifyError異常或其子類的異常。

這個階段分為四段：

（1）檔案格式驗證

驗證位元組流是否符合Class檔案格式的規範。

有以下這些驗證點：

• 是否已魔數0xCAFEBABE開頭。
• 主次版本號碼是否能被當前虛擬機器處理。
• 常量池的常量中是否有不被支援的類型。
• 常量池裡的項是否執行不存在的常量或不符合類型的常量。
• 。。。。。。

註：這裡的常量池不是指運行時虛擬機器記憶體中的常量池，而是class檔案的一部分。  （http://www.blogjava.net/DLevin/archive/2011/09/05/358033.html）經過檔案格式驗證後，位元組流進入虛擬機器記憶體的方法區進行儲存，具體的資料結構實現由虛擬機器決定。後面的驗證都是基於此處的方法區中的資料結構進行的。（2）中繼資料驗證進行語義分析，以確保class檔案描述的類資訊符合Java語言的規範。也就是編譯能通過。有以下這些驗證點：

• 是否 有父類（除java.lang.Object外，所有類都應有父類）。
• 是否繼承了final類。
• 如果不是抽象類別，是否實現了所有需要實現的方法。
• 。。。。。。

（3）位元組碼驗證進行資料流和控制流程分析，對類的方法體進行校正，確保類的方法在運行時不作出危害虛擬機器安全的行為。

• 確保 跳轉指令不會跳到方法體以外的指令上。
• 確保類型轉換是合法有效。
• 。。。。。。

（4）符號引用驗證在“解析”階段，把常量池內的符號引用轉化為直接飲用的時候，要先驗證符號引用。

• 通過全限定名，是否能找到相應的類
• 是否能找到指定類中的指定的欄位或方法
• 類、欄位或方法的可訪問性是否合適。
• 。。。。。。

如果無法通過符號引用驗證，將拋出一個java.lang.IncompatibleClassChangeError的子類。
3. 準備在方法區，為static field分配記憶體，並設定其初始值。這裡設定的初始值，是Java虛擬機器定義的對應於各種類型的預設值。例如：

private static int value=123;

經過準備階段後，value的值為0，而不是123。賦值是在初始化階段的<clinit>()完成的。

但是，對於static final field，在此階段是直接賦值的。例如：

private static final int value=123;

經過準備階段後，value的值為123。

Java虛擬機器中各種類型的預設初始值。

資料類型	預設初始值
int	0
long	0L
short	(short)0
char	'\u0000'
byte	(byte)0
boolean	false
float	0.0f
double	0.0d
reference	null

4. 解析

把類檔案的常量池部分的符號引用轉化為運行時常量池的直接引用。

• 解析類或介面

                   

• 解析欄位

• 解析類方法

• 解析介面方法

5. 初始化

執行<clinit>()。

• <clinit>()中包含了一個類中所有類變數的賦值動作和靜態塊（寫在static{ }裡）的語句。執行順序按在源檔案中出現的順序。
• <clinit>()不需要調用父類的<clinit>()，這是由虛擬機器來確保完成的。
• 介面的<clinit>()中只包含介面中欄位的賦值操作，父介面的<clinit>()不需要在子介面或實作類別的<clinit>()之前執行，只有在真正引用到了父介面中定義的欄位時，才會執行父介面的<clinit>()。
• <clinit>()是安全執行緒的。如果多個線程同時去初始化一個類，只有一個線程會去執行初始化，其他的線程都會阻塞。