【从零学习JVM|第三篇】类的生命周期(高频面试题)

前言：

在Java编程中，类的生命周期是指类从被加载到内存中开始，到被卸载出内存为止的整个过程。了解类的生命周期对于理解Java程序的运行机制以及性能优化非常重要。本文会深入探寻类的生命周期，让读者对此有深刻印象。

编辑前言：

类的生命周期

类的加载阶段

核心任务

连接阶段

验证（Verification）

准备（Preparation）

解析（Resolution）

初始化阶段

() 方法特性

不会导致初始化

初始化触发条件（严格规定）

使用阶段

卸载阶段

面试题

总结

类的生命周期

一个类的生命周期分为五个阶段，分别是加载，连接，初始化，使用和卸载。

类的加载阶段

加载是将类的字节码文件（.class）加载到 JVM 内存的过程，类加载器会通过不同的形式，去得到字节码文件的内容，然后通过JVM，把内容加载到方法区和堆区，而我们开发者只能访问到堆区的内容，方法区我们是访问不到的，堆区的内容是字节码文件的核心内容。

核心任务

查找字节码：
- 通过类的全限定名查找字节码文件
- 搜索路径：类路径（classpath）、JAR 文件、网络资源等
创建类结构：
- 解析字节码并创建对应的类数据结构
- 在方法区（元空间）存储类的运行时常量池、字段和方法信息
创建 Class 对象：
- 在堆内存中创建 java.lang.Class 对象
- 该对象作为访问类元数据的入口

连接阶段

在加载阶段结束后进入连接阶段，连接阶段分为三个子阶段，确保类字节码的正确性和可用性

验证（Verification）

确保字节码符合 JVM 规范和安全要求：

文件格式验证：魔数（0xCAFEBABE）、版本号等
元数据验证：语义检查（是否有父类、final类是否被继承等）
字节码验证：数据流和控制流分析
符号引用验证：检查引用的类、字段和方法是否存在

准备（Preparation）

为类变量分配内存并设置初始值：

静态变量分配：
- 在方法区分配内存
- 设置类型默认值（零值）
  - int → 0
  - boolean → false
  - 引用类型 → null
特殊处理：
- static final 常量：直接赋程序指定值

// 准备阶段直接赋值
public static final int MAX = 100;

解析（Resolution）

将符号引用转换为直接引用：

符号引用：用一组符号描述引用的目标
直接引用：指向目标的指针、偏移量或句柄

初始化阶段

执行静态代码块的内容和给静态变量赋值，以字节码文件视角就是执行<clinit>方法

`<clinit>()` 方法特性

自动生成：
- 编译器收集所有类变量赋值和静态代码块
- 按源代码顺序合并生成
线程安全：
- JVM 保证只有一个线程执行初始化
- 其他线程会阻塞等待完成
父类优先：
- 执行子类的 <clinit>() 前
- 必须先执行父类的 <clinit>()

不会导致初始化

无静态代码块且无静态变量赋值语句。
有静态变量的声明，但是没有赋值语句。
静态变量的定义使用final关键字，这类变量会在准备阶段直接初始化。
直接访问父类的静态变量，不会触发子类的初始化。
数组的创建不会导致数组中元素的类进行初始化。

初始化触发条件（严格规定）

new 实例化对象

访问类的静态变量（非 final 常量）

调用类的静态方法

反射调用（Class.forName()）

初始化子类时（父类需先初始化）

JVM 启动时的主类

MethodHandle 解析结果涉及静态方法

使用阶段

类的初始化之后，它就可以在程序中自由使用了。这包括创建实例、调用方法和访问字段等操作。在这个阶段，对象会被创建和操作，它们各自也会经历自己的生命周期。

卸载阶段

在某些情况下，当一个类不再需要时，它会被卸载。类的卸载发生在垃圾收集的过程中，当确定某个类的Class对象不再被引用，且对应的ClassLoader实例也不再存在时，JVM就可能卸载这个类。但是，在常见的Java应用中，由于系统类加载器加载的类一直会被引用，所以这些类通常只有在JVM停止运行时才会被卸载。

面试题

说出一下代码的运行结果：

public class Demo01 {public static void main(String[] args) {System.out.println(B02.a);}
}
class A02
{static int a=0;static{System.out.println("A02");a=1;}
}
class B02 extends A02{static{System.out.println("B02");a=2;}
}

运行结果为A02 1 原因是因为：访问父类的静态变量，只初始化父类。

public class Demo01 {public static void main(String[] args) {new B02();System.out.println(B02.a);}
}
class A02
{static int a=0;static{System.out.println("A02");a=1;}
}
class B02 extends A02{static{System.out.println("B02");a=2;}
}

首先执行main方法，new了B02所以要初始化它，但是它是子类，所以要先初始化A02，首先给赋值为0然后打印出A02，在给a赋值1，在初始化B02，打印出B02，a赋值为2，然后打印出a的值2

运行结果是：A02 B02 2

public class test5 {public static void main(String[] args) {System.out.println("A");new test5();new test5();}public  test5(){System.out.println("B");}{System.out.println("C");}static {System.out.println("D");}}

先执行test5这个类的静态代码块输出D
在执行main方法打印A
在初始化test5，执行构造器方法和代码块方法，但是代码块先执行所以第一个new执行CB
第二个new执行CB
结果：DACBCB

以上面试题你都做对了吗?

总结

Java类的生命周期包括：加载（将字节码加载到内存，生成Class对象）、连接（验证字节码、准备静态变量内存并赋默认值、解析符号引用）、初始化（执行静态代码块和赋值）、使用（创建实例、调用方法）、卸载（类不再使用时被回收）。按此顺序完成从加载到销毁的完整过程。

学习类的生命周期，能让我们对java语言有一个更深的认识，也能让我们在面试中多一点机会。

总之，类的生命周期从加载到卸载，经历了多个阶段，每个阶段都有特定的任务和目标。理解类的生命周期有助于我们更好地理解和管理Java程序的运行机制。

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