一文详解JVM中类的生命周期

类的生命周期描述了一个类加载、使用、卸载的整个过程，生命周期如图所示：

01-加载阶段

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，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（虚方法表）

方法区只是一个虚的概念，具体实现要看虚拟机

3、同时，Java虚拟机会在堆上生成与方法区中数据类似的 java.lang.Class对象，作用是在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）

以上就是整个类加载阶段的流程

1.1 思考：为什么需要在方法区和堆区中都创建一份对象

首先，InstanceKlass 对象是使用 C++ 编写的对象，Java代码一般不能直接操作C++语言编写的对象；所以Java虚拟机就在堆上创建了一个 java.lang.Class 这种用Java语言包装之后的对象；
java.lang.Class 对象中包含的字段要少于方法区中 InstanceKlass 对象的字段

02-连接阶段

连接阶段分为三个子阶段：

验证，验证内容是否满足《Java虚拟机规范》；
准备，给静态变量赋初值；
解析，将常量池中的符号引用替换成指向内存的直接引用

2.1 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

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；

元信息验证，例如类必须有父类（super不能为空）

验证程序执行指令（字节码指令）的语义是否正确，比如方法内的指令执行中跳转到不正确的位置；

符号引用验证，例如是否访问了其他类中private的方法等

验证案例：版本号的检测

先校验主版本号，再校验副版本号

对于JDK版本来说，如果一个运行中的 Java虚拟机的环境要去加载一个字节码文件；

那么字节码文件的主版本号不能高于运行环境主版本号；

如果主版本号相等，字节码文件的副版本号也不能超过运行环境的副版本号

2.2 准备

如下代码：

在准备阶段会为value分配内存并赋初值为0，在初始化阶段才会将值修改为1

java 复制代码

public class Student{

    public static int value = 1;
}

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。

如下例子中，变量加上final进行修饰，在准备阶段value值就直接变成1了，因为final修饰的变量后续不会发生值的变更

2.3 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

直接引用不再使用编号，而是使用内存中地址进行访问具体的数据

03-初始化阶段

初始化阶段会执行字节码文件中 clinit（class init 类的初始化）方法的字节码指令，包含了 静态代码块 中的代码，并为静态变量赋值

如下代码编译成字节码文件之后，会生成三个方法：

java 复制代码

public class Demo1 {

    public static int value = 1;
    static {
        value = 2;
    }
    public static void main(String[] args) {
    }
}

init方法，会在对象初始化时执行；
main方法，主方法；
clinit方法，类的初始化阶段执行

继续来看clinit方法中的字节码指令：

iconst_1，将常量1放入操作数栈。此时栈中只有1这个数

putstatic指令会将操作数栈上的数弹出来，并放入堆中静态变量的位置；

字节码指令中 #2指向了常量池中的静态变量value，在解析阶段会被替换成变量的地址

后两步操作类似，执行value=2，将堆上的value赋值为2

3.1 以下几种方式会导致类的初始化

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
调用 Class.forName (String className)；

new一个该类的对象时；
执行 Main() 方法，这个 Main() 方法的当前类一定会被加载并初始化

添加 -XX:+TraceClassLoading 参数可以打印出加载并初始化的类（+ 代表开启功能的意思）

3.2 clinit 不会执行的几种情况

如下几种情况是不会进行初始化指令执行的：

无静态代码块且无静态变量赋值语句；

有静态变量的声明，但是没有赋值语句；

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

3.3 出现继承情况下的类的初始化

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

3.4 练习题

分析如下代码执行结果：

数组的创建不会导致数组中元素的类进行初始化

java 复制代码

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");
    }
}

/**
 * 什么都不执行
 */

数组的创建和类的加载是两个不同的概念：

创建数组时，JVM 只会为数组分配内存空间，并不会触发数组元素类型的类加载；
由于没有创建 Test2_A 类的实例，也没有访问 Test2_A 类的静态成员，因此 Test2_A 类不会被加载，静态代码块也不会执行

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

java 复制代码

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");
    }
}

/**
 * Test3 A的静态代码块运行
 * 1
 */