类的生命周期

类的加载时机
一个类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期将会经历加载（Loading）、验证（Verification）、准备（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）、使用（Using） （过程比较简单，实际上是：类访问方法区内的数据结构的接口， 对象是Heap区的数据。） 和卸载（Unloading） （卸载：java虚拟机结束生命周期） 七个阶段，其中验证、准备、解析三个部分统称为连接（Linking），如下图所示：

需要注意的是，加载、验证、准备、初始化和卸载这五个阶段的顺序是确定的，类型的加载过程必须按照这种顺序按部就班地开始（注意这个开始，因为这些阶段通常是互相交叉进行的，会在一个过程执行中激活调用另外一个阶段），而解析阶段则不一定：它在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定特性（也称为动态绑定或晚期绑定）。

类的加载: 查找并加载类的二进制数据

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 。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 。
加载时类加载过程的第一个阶段，在加载阶段，虚拟机需要完成以下三件事情：

• 通过一个类的全限定名来获取其定义的二进制字节流。
• 将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。
• 在Java堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为对方法区中这些数据的访问入口。

类的加载大致过程：

小结

相对于类加载的其他阶段而言，加载阶段(准确地说，是加载阶段获取类的二进制字节流的动作)是可控性最强的阶段，因为开发人员既可以使用系统提供的类加载器来完成加载，也可以自定义自己的类加载器来完成加载。 加载阶段完成后，虚拟机外部的 二进制字节流就按照虚拟机所需的格式存储在方法区之中，而且在Java堆中也创建一个java.lang.Class类的对象，这样便可以通过该对象访问方法区中的这些数据。 类加载器并不需要等到某个类被“首次主动使用”时再加载它，JVM规范允许类加载器在预料某个类将要被使用时就预先加载它，如果在预先加载的过程中遇到了.class文件缺失或存在错误，类加载器必须在程序首次主动使用该类时才报告错误(LinkageError错误)如果这个类一直没有被程序主动使用，那么类加载器就不会报告错误。

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 。类连接又可分为如下三个阶段。

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，并和其他的类协调一致，这样不会危害到虚拟机的安全，验证主要包含以下几种：

• 文件格式验证: 验证字节流是否符合Class文件格式的规范；例如: 是否以0xCAFEBABE开头、主次版本号是否在当前虚拟机的处理范围之内、常量池中的常量是否有不被支持的类型。
• 元数据验证: 对字节码描述的信息进行语义分析(注意: 对比javac编译阶段的语义分析)，以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求；例如: 这个类是否有父类，除了java.lang.Object之外。
• 字节码验证: 通过数据流和控制流分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的。
• 符号引用验证: 确保解析动作能正确执行。

验证阶段是非常重要的，但不是必须的，它对程序运行期没有影响，如果所引用的类经过反复验证，那么可以考虑采用-X verifynone参数来关闭大部分的类验证措施，以缩短虚拟机类加载的时间。

准备

准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些内存都将在方法区中分配。对于该阶段有以下几点需要注意：

• 这时候进行内存分配的仅包括类变量(static)，而不包括实例变量，实例变量会在对象实例化时随着对象一块分配在Java堆中。
• 这里所设置的初始值通常情况下是数据类型默认的零值(如0、0L、null、false等)，而不是被在Java代码中被显式地赋予的值。
• 假设一个类变量的定义为: public static int value = 3；那么变量value在准备阶段过后的初始值为0，而不是3，因为这时候尚未开始执行任何Java方法，而把value赋值为3的put static指令是在程序编译后，存放于类构造器()方法之中的，所以把value赋值为3的动作将在初始化阶段才会执行。

另外还需要注意以下的几点：

• 对基本数据类型来说，对于类变量(static)和全局变量，如果不显式地对其赋值而直接使用，则系统会为其赋予默认的零值，而对于局部变量来说，在使用前必须显式地为其赋值，否则编译时不通过。
• 对于同时被static和final修饰的常量，必须在声明的时候就为其显式地赋值，否则编译时不通过；而只被final修饰的常量则既可以在声明时显式地为其赋值，也可以在类初始化时显式地为其赋值，总之，在使用前必须为其显式地赋值，系统不会为其赋予默认零值。
• 对于引用数据类型reference来说，如数组引用、对象引用等，如果没有对其进行显式地赋值而直接使用，系统都会为其赋予默认的零值，即null。
• 如果在数组初始化时没有对数组中的各元素赋值，那么其中的元素将根据对应的数据类型而被赋予默认的零值。
• 如果类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性，即同时被final和static修饰，那么在准备阶段变量value就会被初始化为ConstValue属性所指定的值。假设上面的类变量value被定义为: public static final int value = 3；编译时Javac将会为value生成ConstantValue属性，在准备阶段虚拟机就会根据ConstantValue的设置将value赋值为3。我们可以理解为static final常量在编译期就将其结果放入了调用它的类的常量池中

解析

解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程，解析操作是随jvm执行完初始化后再执行。，解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符7类符号引用进行。符号引用就是一组符号来描述目标，可以是任何字面量。 直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。

初始化

初始化，为类的静态变量赋予正确的初始值，JVM负责对类进行初始化，主要对类变量进行初始化。在Java中对类变量进行初始值设定有两种方式：

• 声明类变量是指定初始值。
• 使用静态代码块为类变量指定初始值。

clinit()方法

类的初始化阶段是执行类的构造器方法clinit()的过程，这个方法不需要定义，当类变量中不存在静态变量或者是静态代码块的时候，这个方法就不会被执行，这个是javac编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态代码块的语句合并来的。构造器方法中的指令按语句在源文件中出现的顺序来执行的。clinit()方法不同于类的构造器init()。如果该类拥有父类，jvm会保证子类的clinit()执行之前，父类的clinit()会先执行完毕。java虚拟机必须保证一个类的clinit()方法在多线程下被同步加锁。
实例代码1：

public class ThreadClassInitTest {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable run = () ->{
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"开始");
            ThreadClass threadClass = new ThreadClass();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"结束");
        };
        Thread thread1 = new Thread(run,"线程1");
        Thread thread2 = new Thread(run,"线程2");
        thread1.start();
        thread2.start();
        // java虚拟机必须保证一个类的clinit()方法在多线程下被同步加锁。
        // 线程1或者线程2加载类后出不来了，然后后续的代码块都没法执行了。
    }
}

class ThreadClass{
    static {
        if(true){
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"初始化当前类");
            while (true){}
        }
    }
}
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结果：

实例代码2：

public class ClassInitTest {
    static class Father{
        private static int a = 10;
        static {
            a = 20;
        }
    }
    static class Son extends Father {
      private static int b = Father.a;
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Son.b);// 20
        //clinit()方法不同于类的构造器init()。
        //如果该类拥有父类，jvm会保证子类的clinit()执行之前，
        //父类的clinit()会先执行完毕。
    }
}
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初始化的步骤

（1）假如这个类还没有被加载和连接，程序先加载并连接该类。
（2）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。
（3）假如类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句。

jvm初始化的时机

• 创建类的实例。为某个类创建实例的方式包括使用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。
• 调用某个类的静态方法。
• 访问某个类或接口的静态属性，或为该静态属性赋值。
• 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。例如代码：Class.forName(“Person”)。
• 初始化某个类的子类，当初始化某个类的子类时，该子类的所有父类都会被初始化。
• 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。
• final型的静态属性，如果该属性可以在编译时就得到属性值，则可认为该属性可被当成编译时常量。当程序使用编译时常量时，系统会认为这是对该类的被动使用，所以不会导致该类的初始化。

实例代码：

public class ClassInitTest {
    private static int a = 10;

    static {
        a  = 20;// linking的prepare: a = 0 ---> initial: 10 --> 20;
        b = 10;//linking的prepare: b = 0 ---> initial: 10 --> 1;
         //System.out.println(number);//报错，非法的向前引用。
        System.out.println(ClassInitTest.number);// 正确
    }

    private static int number = 20;
    private static int b = 1;
    static {
        number = 100;// linking的prepare: number = 0 ---> initial: 20 --> 100;
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("a = "+ClassInitTest.a);
        System.out.println("number = "+ClassInitTest.number);
        System.out.println("b = "+ClassInitTest.b);
    }
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结果：

使用

类访问方法区内的数据结构的接口， 对象是Heap区的数据。

卸载

Java虚拟机将结束生命周期的几种情况

• 执行了System.exit()方法
• 程序正常执行结束
• 程序在执行过程中遇到了异常或错误而异常终止
• 由于操作系统出现错误而导致Java虚拟机进程终止

文章参考

• java全栈知识体系
• http://www.cnblogs.com/ityouknow/p/5603287.html
• http://blog.csdn.net/ns_code/article/details/17881581
• https://segmentfault.com/a/1190000005608960
• http://www.importnew.com/18548.html
• http://zyjustin9.iteye.com/blog/2092131
• http://www.codeceo.com/article/java-class-loader-learn.html