Java虚拟机装载和初始化一个class类代码解析

作者：袖梨 2022-06-29

在 java 应用程序开发中，只有被 java 虚拟机装载的 Class 类型才能在程序中使用。只要生成的字节码符合 java 虚拟机的指令集和文件格式，就可以在 JVM 上运行，这为 java 的跨平台性提供条件。下面，我们来看看虚拟机是如何装载和初始化一个 class 类的。

装载一个类

学习过C/C++语言的读者知道，C/C++源代码必须首先别编译成本地的机器代码，然后还需要一个链接代码过程。该链接过程的主要任务就是：合并不同的源码文件产出的中间代码，并最终获得一个可直接执行的应用程序。然后，Java语言不是这么做的，Java应用中类似于链接过程的步骤是在字节码被装载到JVM中之后再执行的。

正如我们所知，JVM存在不止一个类加载器，不同的加载器使用不同的方式来加载类。但是，它们都只在必须加载类时，才开始装载类。当然，如果已装载完毕的类引用了某些未装载的类，类装载器会进一步去装载这些类，整个的装载过程是递归的。

装载时机与方式

在Java中，类的装载策略是由类加载器控制的。我们使用下面这个简单的示例代码来演示类的装载方式与时机：

// TestLoader.java
package compiler;
public class TestLoader {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("test");
}
}

// A.java
package compiler;
public class A {
public void method(){
System.out.println("inside of A");
}
}

再看一下它们的目录结构：

|-src
|--compiler
|------A.java
|------TestLoader.java

为了获得每个类加载的信息，我们可以使用如下的命令来运行程序。其中的 “-verbose:class” 参数告诉 JVM 打印出每次加载类的信息。

java -verbose:class -classpath /home/ron/workspace/UltimateTest/bin/ compiler.TestLoader

整个程序的输出信息很繁琐，我们摘取其中重要的部分展示如下：

[Loaded sun.misc.JavaSecurityProtectionDomainAccess from /usr/local/java/jdk1.6.0_34/jre/lib/rt.jar]
[Loaded java.security.ProtectionDomain$2 from /usr/local/java/jdk1.6.0_34/jre/lib/rt.jar]
[Loaded java.security.ProtectionDomain$Key from /usr/local/java/jdk1.6.0_34/jre/lib/rt.jar]
[Loaded java.security.Principal from /usr/local/java/jdk1.6.0_34/jre/lib/rt.jar]
[Loaded compiler.TestLoader from file:/home/xiwang/workspace/UltimateTest/bin/]
test
[Loaded java.lang.Shutdown from /usr/local/java/jdk1.6.0_34/jre/lib/rt.jar]
[Loaded java.lang.Shutdown$Lock from /usr/local/java/jdk1.6.0_34/jre/lib/rt.jar]

现在，假设我们把 TestLoader.java 修改成如下所示：

package compiler;
public class TestLoader {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("test");
A a = new A();
a.method();
}
}

再次执行同样的运行命令，我们获得输出结果变成如下所示：

[Loaded sun.misc.JavaSecurityProtectionDomainAccess from /usr/local/java/jdk1.6.0_34/jre/lib/rt.jar]
[Loaded java.security.ProtectionDomain$2 from /usr/local/java/jdk1.6.0_34/jre/lib/rt.jar]
[Loaded java.security.ProtectionDomain$Key from /usr/local/java/jdk1.6.0_34/jre/lib/rt.jar]
[Loaded java.security.Principal from /usr/local/java/jdk1.6.0_34/jre/lib/rt.jar]
[Loaded compiler.TestLoader from file:/home/xiwang/workspace/UltimateTest/bin/]
test
[Loaded compiler.A from file:/home/xiwang/workspace/UltimateTest/bin/]
inside of A
[Loaded java.lang.Shutdown from /usr/local/java/jdk1.6.0_34/jre/lib/rt.jar]
[Loaded java.lang.Shutdown$Lock from /usr/local/java/jdk1.6.0_34/jre/lib/rt.jar]

读者可仔细查看两者的区别，可以发现只有当类A 被使用时，该类对应的 A.class 才会被装载。总结起来，一个类的加载条件是：

（1）当使用 new 操作符执行某类时。比如 SomeClass some = new SomeClass()。

（2）当已加载类中有一个静态引用指向某类时。比如 System.out 。

初始化时机与方式

在Java中，一个类被加载完毕后，不会立即执行类的初始化工作。当类中的符号被第一次使用时，该类才开始被初始化。在初始化顺序方面：JVM会首先完成父类的初始化，再执行子类的初始化；对于类中静态的常量，会按照定义的先后顺序完成初始化；最后会保证在初始化之前，每个属性都会有一个默认值。至于类中各种类型成员的初始化顺序细节，建议查看本站的这篇文章。

Java虚拟机装载和初始化一个class类代码解析

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