Java類的生命週期淺析

Acelin_H發表於2021-08-01
Java

類的生命週期？物件的生命週期？Spring bean 的生命週期？很多同學可能在學習java基礎知識之初，很容易把這幾個搞混。本文先來說說Java類的生命週期。

目錄

知識前提

在瞭解類的生命週期之前，有必要先了解一下jvm的記憶體結構。如下所示：

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在瞭解完jvm的記憶體結構之後，我們就知道了例如堆區，棧區，常量池和方法區等概念。

也瞭解到了，我們編寫的程式碼，是先需要通過編譯的，轉化成.class檔案，才能夠被jvm所載入執行的。那簡單來說，java類被jvm進行載入到解除安裝的過程，就是java類的一生，我們稱之為java類的生命的週期。


類的生命週期

一個類完整的生命週期，會經歷五個階段，分別為：載入、連線、初始化、使用、和解除安裝。其中的連線又分為驗證、準備和解析三個步驟。如下圖所示：

也可能會存在載入或連線之後就直接別使用的情況，這裡後續討論

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也可以說：Java類從被載入到虛擬機器記憶體中開始，到解除安裝出記憶體為止，它的整個生命週期包括：載入（Loading）、驗證（Verification）、準備(Preparation)、解析(Resolution)、初始化(Initialization)、使用(Using) 和 解除安裝(Unloading)七個階段


載入（Loading）

簡單一句話概括，類的載入階段就是：找到需要載入的類並把類的資訊載入到jvm的方法區中，然後在堆區中例項化一個java.lang.Class物件，作為方法區中這個類的資訊的入口。結合jvm的記憶體結構會比較好理解。

這裡要區別一下接觸到的類載入。類載入其實包括載入、連線、初始化三個階段。類載入強調一個jvm能夠直接使用所需的類，所以類必須完成初始化。

不同的虛擬機器對類的載入時機有不同的實現方式，具體要看虛擬機器的實現方式。這裡不做展開。

類的載入方式比較靈活，總結下來有如下幾種：

  1. 據類的全路徑名找到相應的class檔案，然後從class檔案中讀取檔案內容；（常用）
  2. 從jar檔案中讀取。另外，還有下面幾種方式也比較常用：（常用）
  3. 從網路中獲取：比如10年前十分流行的Applet。
  4. 根據一定的規則實時生成，比如設計模式中的動態代理模式，就是根據相應的類自動生成它的代理類。
  5. 從非class檔案中獲取，其實這與直接從class檔案中獲取的方式本質

連線（Linking）

  1. 驗證：進行類的合法性校驗。會對比如位元組碼格式、變數與方法的合法性、資料型別的有效性、繼承與實現的規範性等等進行檢查，確保別載入的類能夠正常的被jvm所正常執行。

  2. 準備：為類的靜態變數分配記憶體，並設為jvm預設的初值；對於非靜態的變數，則不會為它們分配記憶體。簡單說就是分記憶體、賦初值。

    注意：設定初始值為jvm預設初值，而不是程式設定。規則如下

    • 基本型別（int、long、short、char、byte、boolean、float、double）的預設值為0
    • 引用型別的預設值為null
    • 常量的預設值為我們程式中設定的值，比如我們在程式中定義final static int a = 100，則準備階段中a的初值就是100。

  3. 解析：這一階段的任務就是把常量池中的符號引用轉換為直接引用。


初始化(Initialization)

類初始化階段是類載入過程的最後一步。而也是到了該階段，才真正開始執行類中定義的java程式程式碼(位元組碼)，之前的動作都由虛擬機器主導。

jvm對類的載入時機沒有明確規範，但對類的初始化時機有：只有當類被直接引用的時候，才會觸發類的初始化。類被直接引用的情況有以下幾種：

  1. 通過以下幾種方式：

    • new關鍵字建立物件

    • 讀取或設定類的靜態變數

    • 呼叫類的靜態方法

  2. 通過反射方式執行1裡面的三種方式；

  3. 初始化子類的時候，會觸發父類的初始化；

  4. 作為程式入口直接執行時（呼叫main方法）；

  5. 介面實現類初始化的時候，會觸發直接或間接實現的所有介面的初始化。

關於類的初始化，記住兩句話

1、類的初始化，會自上而下執行靜態程式碼塊或靜態賦值語句，非靜態與非賦值的靜態語句均不執行。

2、如果存在父類，則父類先進行初始化，是一個典型的遞迴模型。

區別於物件的初始化，類的初始化所做的一起都是基於類變數或類語句的，也就是說執行的都是共性的抽象資訊。而我們知道，類就是物件例項的抽象。


使用（Using）

類的使用分為直接引用和間接引用。

直接引用與間接引用等判別條件，是看對該類的引用是否會引起類的初始化

直接引用已經在類的初始化中的有過闡述，不再贅述。而類的間接引用，主要有下面幾種情況：

  1. 當引用了一個類的靜態變數，而該靜態變數繼承自父類的話，不引起初始化
  2. 定義一個類的陣列，不會引起該類的初始化；
  3. 當引用一個類的的常量時，不會引起該類的初始化

解除安裝（(Unloading）

當類使用完了之後，類就要進入解除安裝階段了。那何為衡量類使用完的標準呢？

  1. 該類所有的例項都已經被回收，也就是java堆中不存在該類的任何例項。
  2. 載入該類的ClassLoader已經被回收。
  3. 該類對應的java.lang.Class物件沒有任何地方被引用，無法在任何地方通過反射訪問該類的方法。

如果以上三個條件全部滿足，jvm就會在方法區垃圾回收的時候對類進行解除安裝，類的解除安裝過程其實就是在方法區中清空類資訊，java類的整個生命週期就結束了。


參考：詳解java類的生命週期

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