基于JVM的語(yǔ)言，如java,kotlin,groovy等語(yǔ)言，在各自編譯器編譯完成之后，都會(huì)編譯為.class文件，用JVM加載。而class文件只有被確的加載到JVM正中才能運(yùn)行和使用。虛擬機(jī)是如何在家這些文件呢？本文將詳細(xì)講解。

類的生命周期

一個(gè)類從被加載到虛擬機(jī)到最后被卸載，生命周期包括：加載，驗(yàn)證，準(zhǔn)備，解析，初始化，使用，卸載7個(gè)階段。其中驗(yàn)證，準(zhǔn)備，解析3個(gè)部分稱為連接階段。

類的生命周期

這7個(gè)階段在實(shí)際JVM中并不是按照?qǐng)D中所示的順序來(lái)開始運(yùn)行的，里面存在時(shí)間上的交叉進(jìn)行。但是其中加載，驗(yàn)證，準(zhǔn)備，初始化，卸載5個(gè)結(jié)算的順序是確定的。

加載

這是類生命周期的第一個(gè)階段，那么加載的是什么呢？加載的應(yīng)該是一個(gè)字節(jié)碼文件的二進(jìn)制字節(jié)流。那么此二進(jìn)制流如何得來(lái)呢？java虛擬機(jī)規(guī)范并沒(méi)有強(qiáng)制要求，我們可以靈活運(yùn)用這一特性實(shí)現(xiàn)很多的加載源：

• 最常見(jiàn)的，從壓縮包獲取，比如jar，EAR，WAR等
• 從網(wǎng)絡(luò)中獲取，比如早期嵌入在瀏覽器中的Applet程序
• 在運(yùn)行是生成字節(jié)碼，動(dòng)態(tài)代理技術(shù)。如著名的GCLib字節(jié)碼類庫(kù)，再如現(xiàn)在Android中常用的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求庫(kù)retrofit中所使用的動(dòng)態(tài)代理Proxy.newProxyInstance()中，最終會(huì)調(diào)用的sun.misc.ProxyGenerator.generateProxyClass()方法，該方法在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)產(chǎn)生了一組字節(jié)碼流（標(biāo)識(shí)為$Proxy的代理類）。
• 由其他文件生成，比如由JSP文件生成class類
• 等等等等

在此階段，開發(fā)人員可以使用系統(tǒng)的類加載器進(jìn)行加載，也可以使用自己定義的類加載器來(lái)自定義獲取字節(jié)碼流的方式（重寫來(lái)加載器的loadClass方法）。

加載字節(jié)碼文件結(jié)束后，虛擬機(jī)將字節(jié)流存儲(chǔ)在方法區(qū)中，同時(shí)在內(nèi)存中（Hot Spot中實(shí)在方法區(qū)中）實(shí)例化一個(gè)Class對(duì)象，外部可以同過(guò)此實(shí)例訪問(wèn)該類對(duì)象。

在此階段運(yùn)行中，驗(yàn)證階段就已開始，交叉進(jìn)行。只有通過(guò)通過(guò)了驗(yàn)證階段，只有通過(guò)了驗(yàn)證階段，字節(jié)流才會(huì)進(jìn)入內(nèi)存的方法區(qū)中進(jìn)行存儲(chǔ)。

驗(yàn)證

驗(yàn)證階段的主要任務(wù)是：確保字節(jié)碼流中包含的信息符合當(dāng)前版本虛擬機(jī)的要求，并不會(huì)有危害虛擬機(jī)自身安全的行為。

如：將一個(gè)對(duì)象強(qiáng)轉(zhuǎn)為一個(gè)未聲明實(shí)現(xiàn)的類型，執(zhí)行一個(gè)虛方法，執(zhí)行一個(gè)并不存在的方法。在我們平時(shí)編碼的經(jīng)驗(yàn)中，雖然以上這些錯(cuò)誤會(huì)在編譯時(shí)報(bào)出，無(wú)法通過(guò)編譯；但是，我們上面提到過(guò)，class文件是由多種方式得來(lái)，對(duì)于直接生成.class文件、無(wú)需編譯的方式，驗(yàn)證這一階段對(duì)于虛擬機(jī)的保護(hù)就顯得尤其重要。

簡(jiǎn)要的概述，虛擬機(jī)對(duì)類的驗(yàn)證階段分為以下4個(gè)方面，這四個(gè)方面層層深入：

文件格式的驗(yàn)證

針對(duì)類文件（字節(jié)碼流）的驗(yàn)證

驗(yàn)證字節(jié)碼流是否符合java虛擬機(jī)規(guī)范中規(guī)定的class文件格式，如：

• 魔數(shù)是否為CAFEBABY
• 當(dāng)前虛擬機(jī)持否可以處理文件聲明的主，次版本號(hào)
• 常量池中是否有不被支持的常量類型
• 檢查指向常量的索引是否指向了不存在的常量
• CONSTANT_Utf8_info型的常量是否符合Utf8編碼
• Class文件中的各個(gè)部分是否被刪除（class文件是否完整）
• 等等

通過(guò)了驗(yàn)證階段，字節(jié)流會(huì)進(jìn)入內(nèi)存的方法區(qū)中進(jìn)行存儲(chǔ)。以后的驗(yàn)證和其他操作都針對(duì)于內(nèi)存方法區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，而不針對(duì)字節(jié)碼流。

元數(shù)據(jù)驗(yàn)證

針對(duì)數(shù)據(jù)類型的驗(yàn)證

該階段是進(jìn)行語(yǔ)義分析驗(yàn)證，以保證其信息符合Java語(yǔ)言規(guī)范的要求，比如：

• 檢查這個(gè)類是否有父類（除了Object之外都應(yīng)有父類）
• 本類的父類是否繼承了不允許被繼承的類（被final修飾）
• 如果本類不是抽象類，是否實(shí)現(xiàn)了父類中的全部虛方法或接口
• 等等

字節(jié)碼驗(yàn)證

針對(duì)方法體的驗(yàn)證

此階段通過(guò)數(shù)據(jù)流和控制流分析，檢查程序的語(yǔ)義是合法的，符合邏輯的。保證程序邏輯的正確運(yùn)行，檢驗(yàn)的內(nèi)容如：

• 保證任意時(shí)刻操作數(shù)棧的數(shù)據(jù)類型與指令代碼序列都能配合工作。（如：不能出現(xiàn)這樣的狀況：操作棧中放了一個(gè)int類型的數(shù)據(jù)，使用卻按照l(shuí)ong或者引用類型加載）
• 保證跳轉(zhuǎn)指令不會(huì)跳轉(zhuǎn)到方法體以外的字節(jié)碼指令上
• 類型轉(zhuǎn)換是有效的（如多態(tài)）
• 等等

符號(hào)引用的驗(yàn)證

針對(duì)常量池匹配的驗(yàn)證

此階段檢查是為了：確保在后續(xù)的解析階段，虛擬機(jī)可以順利的將符號(hào)引用轉(zhuǎn)化為直接引用。（關(guān)于符號(hào)引用與直接引用的概念，祥見(jiàn)下文解析過(guò)程）見(jiàn)下圖，講解一下驗(yàn)證內(nèi)容：

常量池

• 符號(hào)引用中通過(guò)字符串的描述能夠找對(duì)應(yīng)的類（如：上圖中常量池中有一個(gè)指向類型為class的常量#4 = Class #17 // java/lang/Object,應(yīng)該確保有一個(gè)類與之對(duì)應(yīng),此處為String類）
• 符號(hào)引用中通過(guò)字符串的描述的能夠找到相應(yīng)的方法（如：上圖中#2 = Methodref #3.#15 // VinctorTest.test:()V描述的，需要在VinctorTest類中有一個(gè)test方法與之對(duì)應(yīng)）
• 符號(hào)引用中的用到的類，方法，字段的訪問(wèn)性（public private等）確?？梢员划?dāng)前類訪問(wèn)到
• 等等

準(zhǔn)備

針對(duì)類變量(static)

經(jīng)過(guò)驗(yàn)證階段，虛擬機(jī)從文件，數(shù)據(jù)類型，方法邏輯，符號(hào)引用等各個(gè)方面對(duì)類進(jìn)行了驗(yàn)證，已確保代碼的正確性。接下來(lái)開始為代碼的運(yùn)行做準(zhǔn)備，進(jìn)入準(zhǔn)備階段。

準(zhǔn)備階段是為正式類變量（注意，不是實(shí)例變量）分配內(nèi)存并設(shè)置類變量初始值的階段，注意，此初始值并不是我們java代碼中所寫的初始值（如 int a=123；），而是java虛擬機(jī)規(guī)范中規(guī)定的初始值，
java體系中各種類型的初始值如下：

各類型的初始值

如果一個(gè)變量聲明為static int a=123，則在此階段，聲明a的值為0；

注意：如果類變量被final修飾，如

final static int a=123;

這種情況下，javac編譯階段，將為此變量生成ConstantValue屬性，在此準(zhǔn)備階段直接將其賦值為123；

解析

針對(duì)常量池

解析階段是將常量池中符號(hào)引用轉(zhuǎn)化成直接引用的過(guò)程。主要針對(duì)常量池中的類或接口，字段，類方法，接口方法，方法類型，方法句柄，調(diào)用限定符

• 符號(hào)引用：見(jiàn)上文中class文件中常量池的圖片，我們可以知道常量池中有描述類，方法，字段等常量，這些常量通過(guò)一組符號(hào)（比如UTF8字符串）描述所引用的目標(biāo)。雖然在驗(yàn)證階段已經(jīng)對(duì)此進(jìn)行了驗(yàn)證，但是這些畢竟只是一些字符串，并不能拿來(lái)直接為虛擬機(jī)使用，并不指向任何真實(shí)的內(nèi)存地址。
• 直接引用：直接引用則是指向這些目標(biāo)的指針，偏移量或者句柄。

直接引用指向的目標(biāo)必須真實(shí)存在于內(nèi)存之中的。在代碼運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)不斷產(chǎn)生新對(duì)象，故而解析這一過(guò)程并不是一次就完成的，其發(fā)生的時(shí)機(jī)不固定。

java虛擬機(jī)規(guī)范中規(guī)定了只有執(zhí)行了以下字節(jié)碼指令前才會(huì)將所用到的符號(hào)引用轉(zhuǎn)化為直接引用：

• anewarray 創(chuàng)建一個(gè)引用類型的數(shù)組
• checkcast 檢查對(duì)象是否是給定類型
• getfield putfield 從對(duì)象獲取某一個(gè)字段 設(shè)置對(duì)象的字段
• getstatic putstatic 從類中獲取某一靜態(tài)變量 設(shè)置靜態(tài)變量
• instanceof 確定對(duì)象是否是給定類型
• invokedynamic invokeinterface invokestatic invokevirtual 調(diào)用動(dòng)態(tài)方法，接口方法，靜態(tài)方法，虛方法
• invokespecial 調(diào)用實(shí)例化方法，私有方法，父類中的方法
• ldc idc_w 把常量池中的項(xiàng)壓入棧
• multianewarray 創(chuàng)建多為引用類型性數(shù)組
• new 實(shí)例化對(duì)象

在解析過(guò)程中，如果需要解析類或接口的的字段，方法，則先查找該字段，方法所屬的類或接口是否被解析，如果沒(méi)有，則先解析類或接口，然后在查找當(dāng)前的類或接口中是否有該字段或方法，如果沒(méi)有，則遞歸向上到父類或父接口中尋找該字段或接口。

初始化

至此，程序終于開始執(zhí)行我們開發(fā)人員寫的代碼了（等了好久）。此階段是為類設(shè)置類變量的值和一些其他初始化操作的階段（如執(zhí)行static{ }靜態(tài)代碼塊）。

在類編譯過(guò)充中，編譯器為每一個(gè)方法生成了一個(gè)<clinit>()類初始化方法，初始化階段也是此方法的執(zhí)行階段。

注意<clinit>()并不是默認(rèn)構(gòu)造方法，前者是類的初始化方法，后者是實(shí)例的初始化方法。我們此文討論的是類的生命周期，而不是實(shí)例的生命周期。

<clinit>()是如何生成的呢？其中又包含什么呢？

<clinit>()方法是在編譯階段，編譯器收集整個(gè)類中的類變量的賦值以及靜態(tài)代碼塊而形成的。順序是按照賦值以及靜態(tài)代碼在源文件中出現(xiàn)的順序生成的。同時(shí)，如果一個(gè)類有父類，則虛擬機(jī)會(huì)保證父類的初始化先于子類的初始化執(zhí)行。

使用

至此 一個(gè)類已經(jīng)具備我們使用的條件了，我們可以對(duì)這個(gè)類進(jìn)行實(shí)例化和其他操作了。

github上的地址：DevelopBlog