JVM系列 —— 类的生命周期之链接和类初始化

这是 JVM 系列的第四篇，见 JVM 系列。

写在前面

在前一篇的文章里面，说了说 JVM 类的生命周期第一阶段 —— 加载，加载主要干了几件事情：

1. 通过类全限定名得到类的二进制字节流；
2. 在内存中生成代表这个类的 java.lang.Class 对象，作为方法区中这个类的各种数据入口；
3. 静态的存储结构转化为方法的运行时数据结构；
   接下来是链接和初始化阶段。总得来说，链接阶段就是把符号引用解析为直接引用，也就是把指向常量池的索引，换成实际的物理内存地址的阶段，而初始化阶段就是执行类构造器方法 <clinit>()的过程。

链接

链接这部分又分为三个阶段，校验，准备，解析。 实际上想想，在被 JVM 使用之前，还需要对 class 进行校验等操作。对于链接的三个阶段，基于类的生命周期图上再增加一些说明，如下：

校验部分的规则还有很多，java 虚拟机规范定了很多校验规则。在链接阶段，准备的过程中，实际上那些变量已经被存放到了方法区。

类初始化

类初始化阶段总结起来就是一句话：调用 <clinit>() 的方法。

那么这里的 <clinit>() 是个什么东东呢？

这个方法是编译器（javac）在编译期间自动生成的，java 类中如果有静态变量或者静态代码块，那么编译后的字节码中会包含一个 <clinit> 方法。这个方法只能有 JVM 在运行期间调用，即 java 类的初始化。

注意哦！！！java 类编译后的字节码中也会包含一个 <init> 的方法哦，这个是类的构造器方法，不要把<clinit> 和 <init> 混淆了。

举个栗子，如下图：

JVM 规定几种情况下，类或接口才会初始化：

• 执行以下指令时：new、getstatic、putstatic 或 invokestatic；
• 首次调用 java.lang.invoke.MethodHandle 实例时，解析的种类是2（REF_getStatic）、4（REF_putStatic）、6（REF_invokeStatic）、8（REF_newInvokeSpecial）的方法句柄；
• 在调用类库中的某些反射方法，比如 Class 类或 java.lang.Reflect 包中的方法；
• 在对某个子类进行初始化时；
• 在它被选定为java虚拟机启动时的初始类时；

从源码的角度上，在使用 new 关键字第一次实例化一个 java 类的时候，调用的接口是 hotspot/src/share/vm/oops/instanceKlass.cpp 中的 call_class_initializer_impl() 方法。源码如下：

类初始化源码

void InstanceKlass::call_class_initializer_impl(instanceKlassHandle this_oop, TRAPS) {
  if (ReplayCompiles &&
      (ReplaySuppressInitializers == 1 ||
       ReplaySuppressInitializers >= 2 && this_oop->class_loader() != NULL)) {
    // Hide the existence of the initializer for the purpose of replaying the compile
    return;
  }

  methodHandle h_method(THREAD, this_oop->class_initializer());
  assert(!this_oop->is_initialized(), "we cannot initialize twice");
  if (TraceClassInitialization) {
    tty->print("%d Initializing ", call_class_initializer_impl_counter++);
    this_oop->name()->print_value();
    tty->print_cr("%s (" INTPTR_FORMAT ")", h_method() == NULL ? "(no method)" : "", (address)this_oop());
  }
  if (h_method() != NULL) {
    JavaCallArguments args; // No arguments
    JavaValue result(T_VOID);
    JavaCalls::call(&result, h_method, &args, CHECK); // Static call (no args)
  }
}

其中 class_initializer() 函数就是找有没有 clinit 的方法，代码如下：

class_initializer()函数

Method* InstanceKlass::class_initializer() {
  Method* clinit = find_method(
      vmSymbols::class_initializer_name(), vmSymbols::void_method_signature());
  if (clinit != NULL && clinit->has_valid_initializer_flags()) {
    return clinit;
  }
  return NULL;
}

如果找到了，就直接通过 JavaCalls::call() 执行初始化方法。

从上面的源码可知，如果 java 类中没有静态字段或者静态代码块 static{}，编译后的字节码就不会包含 clinit 方法，上面的逻辑就不会执行。

结合上篇，类加载机制基本上就是这样的一个流程，加载 -> 链接 -> 初始化的逻辑，当然 JVM 是个多线程的程序，这些阶段必定是糅杂在一起的，不管怎样，上面执行的顺序是不会变得，但是并不是按照顺序执行的。比如加载和验证是交叉进行的，在加载开始之后，立即启动了文件格式的校验，只有在通过了校验以后，二进制字节流才会存入方法区。