Java类编译加载执行过程

JVM在执行某个类的时候，需要经过编译、加载、链接、初始化和运行时编译等过程。整个过程如下图所示：

接下来，我们详细了解一下Java类从编译到运行的整个过程。

一、类编译

在我们编写好java源代码后，需要将.java源代码文件编译成.class字节码文件，这样代码才能在JVM虚拟机上正常运行。.java文件的编译通常是由JDK中自带的javac工具完成的，对于一个简单的.java文件，我们可以通过javac命令生成.class文件。

二、类加载

当一个类被创建实例或者被其它对象引用时，如果虚拟机没有加载过这个类，那么就会通过类加载器将字节码文件（.java文件）加载到内存中。

不同的实现类是由不同的类加载器进行加载的。JDK中的本地方法类一般由根加载器（Bootstrap loader）加载，JDK中内部实现的扩展类一般由扩展加载器（ExtClassLoader）加载，而程序中的类文件则由系统加载器（AppClassLoader）加载。

在类加载后，class类文件中的常量池信息以及其它数据都会被保存到JVM内存的方法区中。

三、类连接

当类被加载到JVM内存中后，会进行连接操作，这个过程又包括验证、准备和解析三个部分：

• 验证，验证类是否符合Java规范和JVM规范，在保证符合规范的前提下，避免危害虚拟机安全。

• 准备，为类的静态变量分配内存，初始化为系统的初始值。对于final static修饰的变量，则会直接赋值为用户的定义值。

  例如，private final static int valut = 123，会在准备阶段分配内存，并初始化值为123；而如果是private static int value = 123，在准备阶段value的值仍然为0。

• 解析，将符号引用转为直接引用。在编译时，java类并不知道所引用类的实际地址，因此只能使用符号引用来代替。class文件的常量池中存储了符号引用，包括类和接口的全限定名、类引用、方法引用以及成员变量引用等。如果要使用这些类和方法，就需要把它们转化为JVM可以直接获取的内存地址或指针，即直接引用。

四、类初始化

在完成连接操作后，还要进行类初始化工作，在这个阶段中，JVM首先会执行构造器方法（即<clinit>方法）。编译器在将.java文件编译成.class文件时，会将所有的类初始化代码，包括静态变量赋值语句、静态代码块、静态方法，收集在一起组成为<clinet>方法。

注：JVM会保证构造器方法的线程安全，即同一时间只有一个线程执行。

类初始化时，会将类的静态变量和静态代码块初始化为用户自定义的值，初始化的顺序和java源码从上到下的顺序一致。例如：

private static int i=1;

static {
    i=0;
}

public static void main(String [] args){
    System.out.println(i);
}

此时的运行结果为：

0

而如下代码：

static {
    i=0;
}

private static int i=1;

public static void main(String [] args){
    System.out.println(i);
}

运行结果为：

1

子类初始化时，首先会调用父类的构造器方法，然后再执行子类的构造器方法，如下代码：

public class Parent{
    public static String parentStr = "parent static string";

    static {
        System.out.println("parent static fields");
        System.out.println(parentStr);
    }

    public Parent(){
        System.out.println("parent instance initialization");
    }
}

public class Sub extends Parent{
    public static String subStr = "sub static string";

    static {
        System.out.println("sub static fields");
        System.out.println(subStr);
    }

    public Sub(){
        System.out.println("sub instance initialization");
    }

    public static void main(String[] args){
        System.out.println("sub main");
        new Sub();
    }
}

运行结果为：

parent static fields
parent static string
sub static fields
sub static string
sub main
parent instance initialization
sub instance initialization

初始化代码时，如果实例化一个新对象，则会调用<init>方法对实例变量进行初始化，并会执行对应的构造方法内的代码。

五、运行时编译

完成初始化后，类在调用执行过程中，执行引擎会把类的字节码转化为机器码，然后才会在操作系统中执行类。这里将在将字节码转化为机器码的过程，就是运行时编译。

六、小结

在本篇文章中，我们主要讨论了java类的编译加载执行过程，这个过程包括：

• 类编译，将源码文件（.java文件）编译成字节码文件（.class文件）
• 类加载，将字节码文件加载到内存中
• 类链接，对内存中的类进行验证、准备、解析等一系列操作
• 类初始化，执行类的构造器方法
• 运行时编译，将类的字节码转为化机器