Klass模型

Java的每个类，在JVM中，都有一个对应的Klass类实例与之对应，存储类的元信息如：常量池、属性信息、方法信息等等

klass模型类的继承结构：

• 普通的Java类在JVM中对应的是instanceKlass类的实例，再来说下它的三个字类

   1. InstanceMirrorKlass：用于表示java.lang.Class，Java代码中获取到的Class对象，实际上就是这个C++类的实例，存储在堆区，学名镜像类2. InstanceRefKlass：用于表示java/lang/ref/Reference类的子类3. InstanceClassLoaderKlass：用于遍历某个加载器加载的类
  

• Java中的数组不是静态数据类型，是动态数据类型，即是运行期生成的，Java数组的元信息用ArrayKlass的子类来表示：

   1. TypeArrayKlass：用于表示基本类型的数组2. ObjArrayKlass：用于表示引用类型的数组**
  

看懂class文件装载流程

概念：
类加载器把class文件中的二进制数据读入到内存中，存放在方法区，然后在堆区创建一个java.lang.Class对象，用来封装类在方法区内的数据结构。
类的生命周期如下图：

加载类

加载类处于类装载的第一个阶段。在加载类是，java必须完成一下工作：

1. 通过类的全限定名获取类的二进制数据流。
2. 解析类的二进制数据流为方法区内的数据结构(InstanceKlass)。
3. 创建java.lang.Class的实例，表示该类型（InstanceMirrorKlass)。

从哪获取：

• 从压缩包中读取，如jar、war
• 从网络中获取，如Web Applet
• 动态生成，如动态代理、CGLIB
• 由其他文件生成，如JSP
• 从数据库读取
• 从加密文件中读取

Class只有在必须使用的时候才会被装载，Java虚拟机规定，一个类或者接口在初次使用前，必须进行初始化。这里的使用,是指主动使用，主动使用有下列几个条件：

1. 当创建一个类的实例的时候，比如使用new关键字，或者通过反射，克隆，序列化。
2. 当调用类的静态方法时，即当使用了字节码invoke static指令。
3. 当使用类或者接口的静态字段时（final常量除外），比如使用getstatic，putstatic指令。
4. 初始化字类时，必须先初始化父类。
5. 作为启动虚拟机，还有main()函数方法的哪个类。

举几个案例进行证明
案例一

public class DemoTest {public static void main(String[] args) {Child child = new Child();}
}class Parent {static {System.out.println("Parent init");}
}class Child extends Parent {static {System.out.println("Child init");}
}

输出结果 ：
Parent init
Child init
主动加载：使用了new关键字创建类的实例会装载相关类，以及在初始化字类时会先初始化父类

案例二

public class Test_1 {public static void main(String[] args) {System.out.printf(Test_1_B.str);}
}class Test_1_A {public static String str = "A str";static {System.out.println("A Static Block");}
}class Test_1_B extends Test_1_A {static {System.out.println("B Static Block");}
}

输出结果 ：
A Static Block
A str
被动引用不会导致类的初始化，从结果可以看出，虽然在Test_1中，直接访问字类的对象，但是子类Test_1_B并未初始化，只有父类Test_1_A进行了初始化。虽然子类未被初始化，但是子类已经被系统加载，只是未进入到初始化阶段。vm options 加入：-XX:+TraceClassLoading

案例三

public class Test_6 {public static void main(String[] args) {System.out.println(Test_6_A.str);}
}class Test_6_A {public static final String str = "A Str";static {System.out.println("Test_6_A Static Block");}
}

输出结果 ：
A Str
当使用类或者接口的静态字段时（final常量除外），也就是说使用final常量并不会引起类的初始化。这是因为class文件生成时即编译期间，final常量由于其不变性，做了适当的优化。直接将final常量直接放到常量池中。所以Test_6_A类不会被加载

案例四

public class Test_7 {public static void main(String[] args) {System.out.println(Test_7_A.uuid);}
}class Test_7_A {public static final String uuid = UUID.randomUUID().toString();static {System.out.println("Test_7_A Static Block");}
}

输出结果 ：
Test_7_A Static Block
8f3c172c-0aba-4a26-adcb-bba65ceca2d5
当使用类或者接口的静态字段时（final常量除外），这是个特例也就是说使用final修饰的动态生成的常量并会引起类的初始化。所以Test_6_A类会被加载，并会初始化此类

案例五

 public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {Class<?> clazz = Class.forName("java.lang.String");// 通过Class.forName()获取String类的Class实例Method[] declaredMethods = clazz.getDeclaredMethods();// String类的方法列表for (Method declaredMethod : declaredMethods) {String modifiers = Modifier.toString(declaredMethod.getModifiers());// 获取访问标识符System.out.print(modifiers + "  " + declaredMethod.getName() + " (");Class[] ps = declaredMethod.getParameterTypes();//获取所有方法参数类型if (ps.length == 0) System.out.print(")");for (int i = 0; i < ps.length; i++) {char end = i == ps.length - 1 ? ')' : ',';System.out.print(ps[i].getSimpleName() + end);}System.out.println();}}

验证类

准备

这个阶段，虚拟机就会为这个类分配想要的内存空间，并设置初始值。
实例变量是在创建对象的时候完成赋值的，没有赋初值一说；如果被final修饰，在编译的时候会给属性添加ConstantValue属性，准备阶段直接完成赋值，即没有赋初值这一步

即：准备阶段 aa = 10; bb = 0;

解析

解析阶段的主要工作，就是把类，接口，字段和方法的符号引用转换为直接引用。在class文件中，通过常量池进行了大量的符号引用。
下面通过一个简单函数调用来理解一下符号引用是如何工作的：

 public static void main(String[] args) {System.out.println();}
// 使用javap命令
Constant pool:#1 = Methodref          #5.#20         // java/lang/Object."<init>":()V#2 = Fieldref           #21.#22        // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;#3 = Methodref          #23.#24        // java/io/PrintStream.println:()V#4 = Class              #25            // com/leexiang/jvm/DemoTest#5 = Class              #26            // java/lang/Object#6 = Utf8               <init>#7 = Utf8               ()V#8 = Utf8               Code#9 = Utf8               LineNumberTable#10 = Utf8               LocalVariableTable#11 = Utf8               this#12 = Utf8               Lcom/leexiang/jvm/DemoTest;#13 = Utf8               main#14 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V#15 = Utf8               args#16 = Utf8               [Ljava/lang/String;#17 = Utf8               MethodParameters#18 = Utf8               SourceFile#19 = Utf8               DemoTest.java#20 = NameAndType        #6:#7          // "<init>":()V#21 = Class              #27            // java/lang/System#22 = NameAndType        #28:#29        // out:Ljava/io/PrintStream;#23 = Class              #30            // java/io/PrintStream#24 = NameAndType        #31:#7         // println:()V#25 = Utf8               com/leexiang/jvm/DemoTest#26 = Utf8               java/lang/Object#27 = Utf8               java/lang/System#28 = Utf8               out#29 = Utf8               Ljava/io/PrintStream;#30 = Utf8               java/io/PrintStream#31 = Utf8               println

初始化

初始化阶段的重要工作时执行类的方法。此方法是由编译器自动生成的，它是由静态成员的赋值语句以及static语句块合并产生的，即此阶段是为静态变量赋予正确的初始值。

由上图可知，生成的函数中，整合了DemoTest类中的static赋值语句及static语句块，先后对id 和 name两个成员变量赋值。