一个Java对象是如何被创建的？

Myth丶恋晨 2023-08-17 17:06 119阅读 0赞

## 一、引言 ##

当我们工作一段时间后，就会想着去探究底层点的东西，但研究底层，就需要非常牢固的基本知识，所以，下面就以自问的方式来学习一下JVM中的类加载系统。在Java中，一个对象是如何被创建的？

下面这张图再熟悉不过了吧，就当做是复习一下吧~~~~  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3p4ZDE0MzU1MTM3NzU_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 二、类加载子系统 ##

把上面的JVM内存结构简图详细描述一下，就得到下面这张JVM内存结构详细图。下面着重来看一下黄色部分的类加载子系统。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3p4ZDE0MzU1MTM3NzU_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
为了方便查看和理解，把上面黄色部分的类加载系统转换成下图，应该能看懂吧。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3p4ZDE0MzU1MTM3NzU_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

`Java` 在 `new` 一个对象时，会先查看对象所属的类有没有被加载到内存，如果没有的话，就会先通过类的全限定名来加载。先加载并初始化类完成后，再进行对象的创建工作。

> 何为类的全限定名？  
> 类的全限定名，就是类名全称，带包路径的用点隔开，例如: java.lang.String  
> 类的非限定名，就是我们平时说的类名，不带包路径的，例如：String。

## 三、类加载过程（第一次使用该类） ##

下面先从第一次使用一个类说起，`new`一个对象可以分为两个过程：①加载并初始化类、②创建对象。

`Java` 是使用双亲委派模型来进行类的加载，那何为双亲委派模型呢？

简单介绍一下双亲委托模型其工作过程是：如果一个类加载器（ClassLoader）收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委托给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中，只有当父类加载器反馈自己无法完成这个加载请求（它的搜索范围中没有找到所需要加载的类）时，子加载器才会尝试自己去加载。

双亲委托机制的好处是：能够有效确保一个类的全局唯一性，当程序中出现多个限定名相同的类时，类加载器在执行加载时，始终只会加载其中的某一个类。

具体可参考下面这篇文章：[Java类加载器][Java]

### 1、加载并初始化类 ###

#### （1）、加载（Loading） ####

*  由类加载器负责根据一个类的全限定名来读取此类的二进制字节流到JVM内部
 *  将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
 *  在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。

#### （2）、验证（Verify） ####

验证目的在于确保Class文件的字节流中包含信息符合当前虚拟机要求，保证被加载类的正确性，不会危害虚拟机自身安全。验证主要包括：

格式验证：验证是否符合class文件规范

语义验证：检查一个被标记为final的类型是否包含子类；检查一个类中的final方法是否被子类进行重写；确保父类和子类之间没有不兼容的一些方法声明（比如方法签名相同，但方法的返回值不同）

操作验证：在操作数栈中的数据必须进行正确的操作，对常量池中的各种符号引用执行验证（通常在解析阶段执行，检查是否可以通过符号引用中描述的全限定名定位到指定类型上，以及类成员信息的访问修饰符是否允许访问等）

#### （3）、准备（Preparation） ####

*  为类变量分配内存并且设置该类变量的默认初始值，即零值；
 *  这里不包含用final修饰的static，因为final在编译的时候就会分配了，准备阶段会显式初始化；
 *  这里不会为实例变量分配初始化，类变量会分配在方法区，而实例变量是会随着对象一起分配到Java堆中；（由于还没有产生对象，实例变量不在此操作范围内）

#### （4）、解析（Resolution） ####

*  将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程；
 *  事实上，解析操作往往会伴随着JVM在执行完初始化之后再执行；
 *  符号引用就是一组符号来描述所引用的目标。符号引用的字面量形式明确定义在《java虚拟机规范》的Class文件格式中。直接引用就是直接指向目标的指针、相对偏移量或一个间接定位到目标的句柄。
 *  解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型等。对应常量池中的CONSTANT\_Class\_info、CONSTANT\_Fieldref\_info、 CONSTANT\_Methodref\_info等。

以上2、3、4三个阶段又合称为链接阶段，链接阶段要做的是将加载到JVM中的二进制字节流的类数据信息合并到JVM的运行时状态中。

#### （5）、初始化（Initialization）（先父后子） ####

先为静态变量赋值，再执行static代码块。  
注意：static代码块只有JVM能够调用

因为子类存在对父类的依赖，所以类的加载顺序是先加载父类后加载子类，初始化也一样。不过，父类初始化时，子类静态变量的值也有的，是默认值。

最终，方法区会存储当前类的信息，包括类的静态变量、类初始化代码（定义静态变量时的赋值语句 和 静态初始化代码块）、实例变量定义、实例初始化代码（定义实例变量时的赋值语句实例代码块和构造方法）和实例方法，还有父类的类信息引用。

总结一下：初始化做了什么操作？

### 2、创建对象 ###

加载并初始化类之后，我们就可以new一个对象了。那么，new一个对象，JVM又做了哪些事情呢？

*  在堆区分配对象需要的内存，分配的内存包括本类和父类的所有实例变量，但不包括任何静态变量，所有对象共享一个静态变量
 *  对所有实例变量赋默认值
 *  执行实例初始化代码，初始化顺序是先初始化父类再初始化子类，初始化时先执行实例代码块然后是构造方法
 *  如果有类似于Child c = new Child()形式的c引用的话，在栈区定义Child类型引用变量c，然后将堆区对象的地址赋值给它

需要注意的是，每个子类对象持有父类对象的引用，可在内部通过super关键字来调用父类对象，但在外部不可访问。

## 四、小结 ##

从上面的分析中，我们应该知道，创建一个Java对象，需要执行如下过程：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3p4ZDE0MzU1MTM3NzU_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

--------------------

补充：类加载器的角色  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3p4ZDE0MzU1MTM3NzU_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

*  Class File 存在于本地硬盘上，可以理解为设计师画在纸上的模板，而最终这个模板在执行的时候是要加载到JVM当中来根据这个文件实例化出n个一模一样的实例
 *  Class File 加载到JVM中，被称为DNA元数据模板，放在方法区
 *  在.calss文件->JVM -> 最终成为元数据模板，此过程就要一个运输工具，扮演一个快递员的角色，这个运输工具就是类加载器（Class Loader）

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3p4ZDE0MzU1MTM3NzU_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20230808/2edddbd538d44243ad703be95ca44edb.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3p4ZDE0MzU1MTM3NzU_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20230808/ec31de835e75468a82764f4393572a85.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3p4ZDE0MzU1MTM3NzU_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20230808/03fb98edf3f6415b8702eeb858e461e5.png
[Java]: https://blog.csdn.net/zxd1435513775/article/details/78839363
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3p4ZDE0MzU1MTM3NzU_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20230808/9f294b539fa54bf49260ed9f5d3d8a60.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3p4ZDE0MzU1MTM3NzU_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20230808/e240149bf2f44a9ab4700d3e2351fa6f.png