JVM系列3：见证类的诞生与消亡——从加载到卸载的全过程
2023-09-30 12:21:05
生命周期概述：万事开头难
类的生命周期了Java类从加载到使用再到卸载的整个过程。它是一个动态而连续的过程，类会根据程序的需要而创建、使用和销毁。其中，类的卸载会在垃圾回收篇中详细讲解。
如果比较细致的区分，Java类的生命周期可以分成七个阶段：
- 加载（Loading）阶段：JVM将类的字节码文件从文件系统或网络加载到内存中。
- 验证（Verification）阶段：JVM对加载的类字节码文件进行验证，确保它符合Java虚拟机的规范。
- 准备（Preparation）阶段：JVM为类的静态字段分配内存，并设置默认值。
- 解析（Resolution）阶段：JVM将类中的符号引用（如字段、方法、类等）转换为直接引用。
- 初始化（Initialization）阶段：JVM执行类的静态初始化方法，完成类的初始化过程。
- 使用（Using）阶段：应用程序可以使用该类及其成员了。
- 卸载（Unloading）阶段：当类不再被使用时，JVM会将其从内存中卸载。
加载阶段：踏入Java世界的第一步
类加载阶段是类生命周期的第一步。它由JVM根据需要将类的字节码文件从文件系统或网络加载到内存中。类加载器负责执行类加载任务，它可以是启动类加载器、扩展类加载器或用户自定义的类加载器。
当一个类被加载时，JVM会首先检查它是否已经被加载过。如果已经被加载，则直接返回已加载的类。否则，JVM会根据类的完整限定名来查找它的字节码文件。字节码文件通常存储在JAR文件或其他类型的归档文件中。
字节码文件加载到内存后，JVM会对它进行验证，确保它符合Java虚拟机的规范。验证过程包括验证字节码文件的格式、语法和语义。如果验证失败，JVM会抛出VerifyError异常。
验证阶段：确保字节码的合法性
验证阶段是类生命周期的第二步。在加载阶段，JVM已经将类的字节码文件加载到内存中。现在，JVM需要验证字节码文件是否符合Java虚拟机的规范。验证过程包括：
- 检查字节码文件的格式是否正确。
- 检查字节码文件的语法是否正确。
- 检查字节码文件的语义是否正确。
如果验证失败，JVM会抛出VerifyError异常。VerifyError异常是一个运行时异常，它表示字节码文件不符合Java虚拟机的规范。
准备阶段：为静态字段分配内存
准备阶段是类生命周期的第三步。在验证阶段，JVM已经验证了类的字节码文件是否符合Java虚拟机的规范。现在，JVM需要为类的静态字段分配内存，并设置默认值。
静态字段是类级别的字段，它属于整个类，而不是某个特定的对象。静态字段在类加载时被初始化，并且在整个程序运行过程中保持不变。
解析阶段：将符号引用转换为直接引用
解析阶段是类生命周期的第四步。在准备阶段，JVM已经为类的静态字段分配了内存，并设置了默认值。现在，JVM需要将类中的符号引用（如字段、方法、类等）转换为直接引用。
符号引用是相对于其他类的引用，它使用类的名称或字段的名称来引用类或字段。直接引用是相对于内存地址的引用，它使用内存地址来引用类或字段。
解析过程包括将类中的符号引用转换为直接引用。解析过程是递归的，它会一直持续到所有的符号引用都被转换为直接引用为止。
初始化阶段：执行静态初始化方法
初始化阶段是类生命周期的第五步。在解析阶段，JVM已经将类中的符号引用转换为直接引用。现在，JVM需要执行类的静态初始化方法，完成类的初始化过程。
静态初始化方法是类级别的初始化方法，它属于整个类，而不是某个特定的对象。静态初始化方法在类加载时被执行，并且在整个程序运行过程中只被执行一次。
静态初始化方法可以用来初始化静态字段、注册事件监听器或执行其他初始化操作。
使用阶段：类的闪耀时刻
使用阶段是类生命周期的第六步。在初始化阶段，JVM已经执行了类的静态初始化方法，完成了类的初始化过程。现在，应用程序可以使用该类及其成员了。
应用程序可以通过以下方式使用类：
- 创建类的实例。
- 调用类的静态方法。
- 访问类的静态字段。
卸载阶段：功成身退，卸下重担
卸载阶段是类生命周期的第七步。当类不再被使用时，JVM会将其从内存中卸载。卸载过程包括：
- 卸载类的字节码文件。
- 释放类占用的内存。
- 撤销类的注册信息。
卸载阶段通常在应用程序退出时执行。但是，在某些情况下，JVM可能会在应用程序运行期间卸载类。例如，当类所在的JAR文件被删除或重命名时，JVM可能会卸载该类。
类生命周期是一个动态而连续的过程，类会根据程序的需要而创建、使用和销毁。通过对类生命周期的深入理解，我们不仅可以揭开Java运行机制的奥秘，还可以提高开发和调试效率，优化应用程序性能。
