Java基础知识笔记-18-类加载机制与反射
1 类的加载,连接和初始化
1.1 JVM和类
当调用Java命令运行某个Java程序时,该命令将会启动一个Java虚拟机进程,不管该Java程序有多么复杂,当程序启动了多少个线程,他们都处于该Java虚拟机进程里。正如前面介绍的,同一个JVM的所有线程,所有变量都处于同一个进程里,他们都使用该JVM进程的内存区。当系统出现以下几种情况时,JVM进程将被终止。
- 程序运行到最后正常结束
- 程序运行到使用
System.exit()
或者Runtime.getRumtime().exit()
代码处结束程序。 - 程序执行过程中遇到未捕获的异常或错误而结束
- 程序所在平台强制结束了JVM进程
下面以类的类变量来说明这个问题。下面程序先定义了一个包含类变量的类
//A.java
public class A {
//定义该类的类变量
public static int a=6;
}
上面程序中的粗体字代码定义了一个类变量a,接下来定义一个类创建A类的实例,并访问A对象的类变量a
//ATest1.java
public class ATest1 {
public static void main(String[] args) {
//创建A类的实例
A a=new A();
//让a实例的类变量a的值自加
a.a++;
System.out.println(a.a);
}
}
下面程序也创建A对象,并访问其类变量a的值
//ATest.java
public class ATest2 {
public static void main(String[] args) {
//创建A类的实例
A b=new A();
//输出b实例的类变量a的值
System.out.println(b.a);
}
}
两个结果第一个输出7第二个输出6,两次运行是两次运行JVM进程,第一次运行JVM结束后,他对A类所做的修改会全部丢失---第二次运行JVM会再次初始化A类
1.2 类的加载
当程序主动使用某个类时,如果该类还未被加载到内存中,则系统会通过加载,连接,初始化三个步骤来对该类进行初始化。如果没有意外,JVM将连续完成这三个步骤,所以有时也把这三个步骤统称为类加载或者类初始化。
类加载指的是将类的class文件读入内存,并为之创建一个java.lang.Class
对象,也就是说,当程序中使用任何类时,系统都会为之建立一个java.lang.Class
对象
类的加载由类加载器完成,类加载器通常由JVM提供,这些类加载器也是前面所有程序运行的基础,JVM提供的这些类加载器通常被称为系统类加载器。除此之外,开发者还可以通过继承ClassLoader基类来创建自己的类加载器。
通过使用不同的类加载器,可以从不同来源加载类的二进制数据,通常有如下几种来源。
- 从本地文件系统加载class文件,这是前面绝大部分示例程序的类加载方式。
- 从JAR包加载class文件
- 通过网络加载class文件
- 把一个Java源文件动态编译,并执行加载
类加载器同城无须等到“首次使用”该类时才加载该类,Java虚拟机规范允许系统预先加载某些类
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1.3 类的连接
当类被加载之后,系统为之生成一个对应的Class对象,接着将会进入连接阶段,连接阶段负责把类的二进制数据合并到JRE中,类连接又分为如下三个阶段
- 验证:验证阶段用于检验被加载的类是否有正确的内部结构,并和其他类协调一致
- 准备:类准备阶段则负责为类的类变量分配内存,并设置默认初始值
- 解析:将类的二进制数据中的符号引用替换成直接引用
1.4 类的初始化
在类的初始化阶段,虚拟机负责对类进行初始化,主要就是对类变量进行初始化。在Java类中对类变量指定初始值有两种方式:①声明类变量指定初始值;②使用静态初始化块为类变量指定初始值。例如下面代码片段。
public class Test {
//声明变量a时指定初始值
static int a=5;
static int b;
static int c;
static{
//使用静态初始化块为变量b指定初始值
b=6;
}
...
}
对于上面代码,程序为类变量a,b都显式指定了初始值,5,6,但是类变量c则没有指定初始值,他将采用默认初始值0。
声明变量时指定初始值,静态初始化块都将被当成类的初始化语句,JVM会按这些语句在程序中的顺序依次执行它们,例如下面的类。
Test.java
public class Test {
static {
//使用静态初始化块为变量b指定初始值
b=6;
System.out.println("--------");
}
//声明变量a时指定初始值
static int a=5;
static int b=9;
static int c;
public static void main(String[] args){
System.out.println(Test.b);
}
}
上面的代码先在静态初始化块中为b变量赋值,此时类变量b的值为6;接着程序向下执行,直到程序再次为变量b赋值。最后变量b的值为9。
JVM初始化一个类包含如下几个步骤
- 假如这个类还没有被加载和连接,则程序先加载并连接该类
- 假如该类的直接父类还没有被初始化,则先初始化其直接父类
- 假如类中有初始化语句,则系统依次执行这些初始化语句
当执行第2个步骤时,系统对直接父类的初始化步骤也遵循1-3,如果又有直接父类,再重复1-3步骤,确保要使用类的所有父类(直接父类或者间接父类)都被初始化。
1.5 类初始化的时机
当Java程序首次通过下面6种方式来使用某个类或接口时,系统就会初始化该类或接口
- 创建类的实例。为某个类创建实例的方法包括:使用new操作符来创建实例,通过反射来创建实例,通过反序列化的方式来创建实例
- 调用某个类的类方法(静态方法)
- 访问某个类或接口的类变量,或者为该类变量赋值
- 使用反射方式来强制创建某个类或接口对应的java.lang.Class对象
- 初始化某个类的子类。
- 直接使用java.exe命令来运行某个主类。当运行某个主类时,程序会先初始化该主类
除此之外,下面的几种情形需要特别指出
对于一个final型的类变量,如果该类变量的值在编译时就可以确定下来,那么这个类变量相当于“宏变量”。Java编译器会在编译时直接把这个类变量出现的地方替换成它的值,因此即使程序使用该静态类变量,也不会导致类的初始化。如下示例程序
class MyTest {
static {
System.out.println("静态初始化块...");
}
//使用一个字符串直接量为static final的类变量赋值
static final String compileConstant="疯狂Java讲义";
}
public class CompileConstantTest {
public static void main(String[] args) {
//访问,输出MyTest中的compileConstant类变量
System.out.println(MyTest.compileConstant); //①
}
}
上面程序的MyTest类章有一个compileConstant的类变量,该变量使用了final修饰,而且它的值可以在编译时确定下来,因此compileConstant会被当成“宏变量”处理。程序中所有使用compileConstant的地方都会被直接替换成它的值---也就是说,上面程序中①处的代码在编译时就会被替换成“疯狂Java讲义”,所有①行代码不会导致初始化MyTest类。
反之,如果final修饰的类变量不能在编译时确定下来,则必须等到运行时才可以确定该类变量的值,如果通过该类来访问它的类变量,就会导致该类被初始化。例如将上面程序中定义compileConstant的代码改为如下
//采用系统当前时间为static final类变量赋值
static final String compileConstant=System.currentTimeMills()+"";
因为上面定义的cimpileConstant类变量的值必须在运行时才可以确定,所以①处的粗体字代码必须保留对MyTest类的类变量的引用,这行代码就变成了使用MyTest的类变量,这将导致MyTest类被初始化。
当使用ClassLoader类的loadClass()
方法来加载某个类时,该方法只是加载该类,并不会执行该类的初始化。使用Class的forName()
静态方法才会导致强制初始化该类。