虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存,并对数据进行校验、转换解析和初始化,最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型,这就是虚拟机的类加载机制。
与那些在编译时需要进行连接工作的语言不同,在Java语言里面,类型的加载、连接和初始化过程都是在程序运行期间完成的,这种策略虽然会令类加载时稍微增加一些性能开销,但是会为Java应用程序提供高度的灵活性,Java里天生可以动态扩展的语言特性就是依赖运行期动态加载和动态连接这个特点实现的。例如,如果编写一个面向接口的应用程序,可以等到运行时再指定其实际的实现类;用户可以通过Java预定义的和自定义类加载器,让一个本地的应用程序可以在运行时从网络或其他地方加载一个二进制流作为程序代码的一部分,这种组装应用程序的方式目前已广泛应用于Java程序之中。从最基础的 Applet、JSP到相对复杂的OSGI技术,都使用了Java语言运行期类加载的特性。
为了避免语言表达中可能产生的偏差,先设立两个语言上的约定：
第一,在实际情况中,每个 Class文件都有可能代表着Java语言中的一个类或接口,后文中直接对“类”的描述都包括了类和接口的可能性,而对于类和接口需要分开描述的场景会特别指明;第二,与前面介绍 Class文件格式时的约定一致,笔者本章所提到的“Class文件”并非特指某个存在于具体磁盘中的文件,这里所说“Class文件”应当是一串二进制的字节流,无论以何种形式存在都可以。类从被加载到虚拟机内存中开始,到卸载出内存为止,它的整个生命周期包括:加载(Loading)、验证(Verification)、准备(Preparation)、解析(Resolution)、初始化(Initialization)、使用(Using)和卸载(Unloading)7个阶段。其中验证、准备、解析3个部分统称为连接(Linking),这7个阶段的发生顺序如图所示。
加载、验证、准备、初始化和卸载这5个阶段的顺序是确定的,类的加载过程必须按照这种顺序按部就班地开始,而解析阶段则不一定:它在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始,这是为了支持Java语言的运行时绑定(也称为动态绑定或晚期绑定)。注意写的是按部就班地“开始”,而不是按部就班地“进行”或“完成”,强调这点是因为这些阶段通常都是互相交叉地混合式进行的,通常会在一个阶段执行的过程中调用、激活另外一个阶段。
什么情况下需要开始类加载过程的第一个阶段:加载?Java虚拟机规范中并没有进行强制约束,这点可以交给虚拟机的具体实现来自由把握。但是对于初始化阶段,虚拟机规范则是严格规定了有且只有六种情况必须立即对类进行“初始化”(而加载、验证、准备自然需要在此之前开始)
遇到new、 getstatic、 putstatic或 invokestatic这4条字节码指令时,如果类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。生成这4条指令的最常见的Java代码场景是:使用new关键字实例化对象的时候、读取或设置一个类的静态字段(被final修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外)的时候,以及调用一个类的静态方法的时候。使用 java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候,如果类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。当初始化一个类的时候,如果发现其父类还没有进行过初始化,则需要先触发其父类的初始化。当虚拟机启动时,用户需要指定一个要执行的主类(包含 main(()方法的那个类),虚拟机会先初始化这个主类。当使用JDK1.7的动态语言支持时,如果一个 java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄,并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化,则需要先触发其初始化。当一个接口中定义了JDK 8新加入的默认方法（被default关键字修饰的接口方法）时，如果有这个接口的实现类发生了初始化，那该接口要在其之前被初始化。对于这6种会触发类进行初始化的场景,虚拟机规范中使用了一个很强烈的限定语:“有且只有”,这6种场景中的行为称为对一个类进行主动引用。除此之外,所有引用类的方式都不会触发初始化,称为被动引用。
下面举3个例子来说明何为被动引用。
被动引用示例一: 使用子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化。
public class SuperClass { static { System.out.println("SuperClass init"); } public static int value = 123; } public class SubClass extends SuperClass { static { System.out.println("SubClass init"); } } package com.java.initialization; public class NotInitialization { public static void main(String[] args) { System.out.println(SubClass.value); } } //输出 //SuperClass init //123被动引用示例二：通过数组定义来引用类，不会触发类的初始化。
public class SuperClass { public static int value = 123; static { System.out.println("super class init."); } } public class SubClass{ public static void main(String[] args) { SuperClass[] arr = new SuperClass[10]; } } //没有输出super class init.被动引用示例三：常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用到定义常量的类，因此不会触发定义常量的类的初始化。
public class ConstClass { static { System.out.println("ConstClass init"); } public static final String NAME= "name"; } public class NotInitialization { public static void main(String[] args) { System.out.println(ConstClass.NAME); } } //没有输出ConstClass init接口的加载过程与类加载过程稍有一些不同:接口也有初始化过程,这点与类是一致的,上面的代码都是用静态语句块“static{}”来输出初始化信息的,而接口中不能使用“static{}”语句块,但编译器仍然会为接口生成“<clinit>()”类构造器,用于初始化接口中所定义的成员变量。接口与类真正有所区别的是前面讲述的5种“有且仅有”需要开始初始化场景中的第3种:当一个类在初始化时,要求其父类全部都已经初始化过了,但是一个接口在初始化时,并不要求其父接口全部都完成了初始化,只有在真正使用到父接口的时候(如引用接口中定义的常量)才会初始化。
<init>()方法：是instance实例构造器，对非静态变量解析初始化。
<clinit>()方法：是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态语句块（static{}块）中的语句合并产生的，编译器收集的顺序是由语句在源文件中出现的顺序所决定的，静态语句块中只能访问到定义在静态语句块之前的变量，定义在它之后的变量，在前面的静态语句块可以赋值。在jvm进行类加载—–验证—-解析—–初始化，中的初始化阶段jvm会调用clinit方法。
“加载”是“类加载”(Class Loading)过程的一个阶段。在加载阶段,虚拟机需要完成以下3件事情:
通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。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。虚拟机规范的这3点要求其实并不算具体,例如“通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流”这条,它没有指明二进制字节流要从一个 Class文件中获取,准确地说是根本没有指明要从哪里获取、怎样获取。许多举足轻重的Java技术都建立在这一基础之上,例如:
从ZIP包中读取,这很常见,最终成为日后JAR、EAR、WAR格式的基础。从网络中获取,这种场景最典型的应用就是 Applet运行时计算生成,这种场景使用得最多的就是动态代理技术,在 java.lang.reflect.Proxy中,就是用了ProxyGenerator.generateProxyClass为特定接口生成形式为“*$Proxy”的代理类的二进制字节流。由其他文件生成,典型场景是JSP应用,即由JSP文件生成对应的Cass类。从数据库中读取,这种场景相对少见些,例如有些中间件服务器(如 SAP Netweaver)可以选择把程序安装到数据库中来完成程序代码在集群间的分发。相对于类加载过程的其他阶段,一个非数组类的加载阶段(准确地说,是加载阶段中获取类的二进制字节流的动作)是开发人员可控性最强的,因为加载阶段既可以使用系统提供的引导类加载器来完成,也可以由用户自定义的类加载器去完成,开发人员可以通过定义自己的类加载器去控制字节流的获取方式(即重写一个类加载器的 loadClass()或findClass() 方法)。
对于数组类而言,情况就有所不同,数组类本身不通过类加载器创建,它是由Java虚拟机直接创建的。但数组类与类加载器仍然有很密切的关系,因为数组类的元素类型(Element Type,指的是数组去掉所有维度的类型)最终是要靠类加载器去创建,一个数组类(下面简称为C)创建过程就遵循以下规则:
如果数组的组件类型(Component Type,指的是数组去掉一个维度的类型)是引用类型,那就递归采用本节中定义的加载过程去加载这个组件类型,数组C将在加载该组件类型的类加载器的类名称空间上被标识(这点很重要,第4节会介绍到,一个类必须与类加载器一起确定唯一性)。如果数组的组件类型不是引用类型(例如int数组),Java虚拟机将会把数组C标记为与引导类加载器关联。数组类的可见性与它的组件类型的可见性一致,如果组件类型不是引用类型,那数组类的可见性将默认为 public。加载阶段完成后,虚拟机外部的二进制字节流就按照虚拟机所需的格式存储在方法区之中,方法区中的数据存储格式由虚拟机实现自行定义,虚拟机规范未规定此区域的具体数据结构。然后在内存中实例化一个java.lang.Class类的对象(并没有明确规定是在ava堆中,对于 HotSpot虚拟机而言, Class对象比较特殊,它虽然是对象,但是存放在方法区里面),这个对象将作为程序访问方法区中的这些类型数据的外部接口。
加载阶段与连接阶段的部分内容(如一部分字节码文件格式验证动作)是交叉进行的加载阶段尚未完成,连接阶段可能已经开始,但这些夹在加载阶段之中进行的动作,仍然属于连接阶段的内容,这两个阶段的开始时间仍然保持着固定的先后顺序。
验证是连接阶段的第一步,这一阶段的目的是确保Class文件的字节流中包含的信息符合《Java虚拟机规范》的全部约束要求，保证这些信息被当作代码运行后不会危害虚拟机自身的安全。
Class文件并不一定要求用Java源码编译而来,可以使用任何途径产生,甚至包括用十六进制编辑器直接编写来产生Class件。在字节码语言层面上,上述Java代码无法做到的事情都是可以实现的,至少语义上是可以表达出来的。虚拟机如果不检查输入的字节流,对其完全信任的话,很可能会因为载人了有害的字节流而导致系统崩溃,所以验证是虚拟机对自身保护的一项重要工作。
验证阶段是非常重要的,这个阶段是否严谨,直接决定了Java虚拟杌是否能承受恶意代码的攻击,从执行性能的角度上讲,验证阶段的工作量在虚拟机的类加载子系统中又占了相当大的一部分。Java虚拟杌规范中列举了一些Class文件格式中的静态和结构化约束,如果验证到输入的字节流不符合Class文件格式的约束,虚拟机就应抛出一个 java.lang.VerifyError异常或其子类异常。
从整体上看,验证阶段大致上会完成下面4个阶段的检验动作:文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证。
第一阶段要验证字节流是否符合 Class文件格式的规范,并且能被当前版本的虚拟机处理。这一阶段可能包括下面这些验证点:
是否以魔数0XCAFEBABE开头。主、次版本号是否在当前虚拟机处理范围之内。常量池的常量中是否有不被支持的常量类型(检查常量tag标志)。指向常量的各种索引值中是否有指向不存在的常量或不符合类型的常量。CONSTANT_Utf8_info型的常量中是否有不符合UF8编码的数据。Class文件中各个部分及文件本身是否有被删除的或附加的其他信息。...第二阶段是对字节码描述的信息进行语义分析,以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求,这个阶段可能包括的验证点如下:
这个类是否有父类(除了 java.lang.Object之外,所有的类都应当有父类)。这个类的父类是否继承了不允许被继承的类(被final修饰的类)。如果这个类不是抽象类,是否实现了其父类或接口之中要求实现的所有方法类中的字段、方法是否与父类产生矛盾(例如覆盖了父类的final字段,或者出现不符合规则的方法重载,例如方法参数都一致,但返回值类型却不同等)。第二阶段的主要目的是对类的元数据信息进行语义校验,保证不存在不符合Java语言规范的元数据信息。
第三阶段是整个验证过程中最复杂的一个阶段,主要目的是通过数据流和控制流分析,确定程序语义是合法的、符合逻辑的。在第二阶段对元数据信息中的数据类型做完校验后,这个阶段将对类的方法体进行校验分析,保证被校验类的方法在运行时不会做出危害虚拟机安全的事件,例如:
保证任意时刻操作数栈的数据类型与指令代码序列都能配合工作,例如不会出现类似这样的情况:在操作栈放置了一个int类型的数据,使用时却按long类型来加载人本地变量表中。保证跳转指令不会跳转到方法体以外的字节码指令上。保证方法体中的类型转换是有效的,例如可以把一个子类对象赋值给父类数据类型,这是安全的,但是把父类对象赋值给子类数据类型,甚至把对象赋值给与它毫无继承关系、完全不相干的一个数据类型,则是危险和不合法的。。。。由于数据流分析和控制流分析的高度复杂性，Java虚拟机的设计团队为了避免过多的执行时间消耗在字节码验证阶段中，在JDK 6之后的Javac编译器和Java虚拟机里进行了一项联合优化，把尽可能 多的校验辅助措施挪到Javac编译器里进行。具体做法是给方法体Code属性的属性表中新增加了一项名为“StackMapTable”的新属性，这项属性描述了方法体所有的基本块（Basic Block，指按照控制流拆分的代码块）开始时本地变量表和操作栈应有的状态，在字节码验证期间，Java虚拟机就不需要根据程序推导这些状态的合法性，只需要检查StackMapTable属性中的记录是否合法即可。这样就将字节码验证的类型推导转变为类型检查，从而节省了大量校验时间。理论上StackMapTable属性也存在错误或被篡改的可能，所以是否有可能在恶意篡改了Code属性的同时，也生成相应的StackMapTable属性来骗过虚拟机的类型校验，则是虚拟机设计者们需要仔细思考的问题。
JDK 6 的 HotSpot 虚拟机中提供了 -XX: -UseSplitVerifier 选项来关闭掉这项优化，或者使用参数-XX: +FailOverToOldVerifier要求在类型校验失败的时候退回到旧的类型推导方式进行校验。而到了 JDK 7 之后，尽管虚拟机中仍然保留着类型推导验证器的代码，但是对于主版本号大于 50 （对应JDK 6 ）的 Class文件，使用类型检查来完成数据流分析校验则是唯一的选择，不允许再退回到原来的类型推导的校验方式。最后一个阶段的校验发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候,这个转化动作将在连接的第三阶段——解析阶段中发生。符号引用验证可以看做是对类自身以外(常量池中的各种符号引用)的信息进行匹配性校验,通常需要校验下列内容
符号引用中通过字符串描述的全限定名是否能找到对应的类。在指定类中是否存在符合方法的字段描述符以及简单名称所描述的方法和字段。符号引用中的类、字段、方法的访问性(private、protected、public、default)是否可被当前类访问。。。符号引用验证的目的是确保解析动作能正常执行,如果无法通过符号引用验证,那么将会抛出一个 java.lang.IncompatibleClassChangeError异常的子类,如 java.lang.IllegalAccessError、java.lang.NoSuchFieldError、java.lang.NoSuchMethodError等。
对于虚拟机的类加载机制来说,验证阶段是一个非常重要的、但不是一定必要(因为对程序运行期没有影响)的阶段。如果所运行的全部代码(包括自己编写的及第三方包中的代码)都已经被反复使用和验证过,那么在实施阶段就可以考虑使用-XVerify:none参数来关闭大部分的类验证措施,以缩短虚拟机类加载的时间。
准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段,这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。这个阶段中有两个容易产生混淆的概念需要强调一下,首先,这时候进行内存分配的仅包括类变量(被 static修饰的变量),而不包括实例变量,实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在Java堆中。其次,这里所说的初始值“通常情况”下是数据类型的零值,假设一个类变量的定义为: public static int value = 123; 那变量 value在准备阶段过后的初始值为0而不是123,因为这时候尚未开始执行任何Java方法,而把 value赋值为123的 putstatic指令是程序被编译后,存放于类构造器<clinit>()方法之中,所以把vaue赋值为123的动作将在初始化阶段才会执行。下表列出了Java中所有基本数据类型的零值。
表7-1 基本数据类型的零值 数据类型零值数据类型零值int0booleanfalselong0Lfloat0.0fshort(short)0 double0.0dchar'\u0000'referencenullbyte(byte)0上面提到,在“通常情况”下初始值是零值,那相对的会有一些“特殊情况”:如果类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性,那在准备阶段变量 value就会被初始化为ConstantValue属性所指定的值,假设上面类变量 value的定义变为: public static final int value=123; 编译时 Javac将会为 value生成 ConstantValue属性,在准备阶段虚拟机就会根据 ConstantValue的设置将 value赋值为123。
解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程,在 Class文件中它以 CONSTANT_Class_info、CONSTANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info等类型的常量出现,那解析阶段中所说的直接引用与符号引用又有什么关联呢?
符号引用(Symbolic References):符号引用以一组符号来描述所引用的目标,符号可以是任何形式的字面量,只要使用时能无歧义地定位到目标即可。符号引用与虚拟机实现的内存布局无关,引用的目标并不一定已经加载到内存中。各种虚拟机实现的内存布局可以各不相同,但是它们能接受的符号引用必须都是一致的,因为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(Direct References):直接引用可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。直接引用是和虚拟机实现的内存布局相关的,同一个符号引用在不同虚拟机实例上翻译出来的直接引用一般不会相同。如果有了直接引用,那引用的目标必定已经在内存中存在。虚拟机规范之中并未规定解析阶段发生的具体时间,只要求了在执行行ane-warray、checkcast、getfield、getstatic、instanceof、invokedynamic、invokeinterface、invoke-special、invokestatic、invokevirtual、ldc、ldc_w、ldc2_w、multianewarray、new、putfield和putstatic这17个用于操作符号引用的字节码指令之前,先对它们所使用的符号引用进行解析。所以虚拟机实现可以根据需要来判断到底是在类被加载器加载时就对常量池中的符号引用进行解析,还是等到一个符号引用将要被使用前才去解析它。
对同一个符号引用进行多次解析请求是很常见的事情,除 invokedynamic指令以外,虚拟机实现可以对第一次解析的结果进行缓存(在运行时常量池中记录直接引用,并把常量标识为已解析状态)从而避免解析动作重复进行。无论是否真正执行了多次解析动作,虚拟机需要保证的是在同一个实体中,如果一个符号引用之前已经被成功解析过,那么后续的引用解析请求就应当一直成功:同样的,如果第一次解析失败了,那么其他指令对这个符号的解析请求也应该收到相同的异常。
不过对于invokedynamic指令，上面的规则就不成立了。当碰到某个前面已经由invokedynamic指令触发过解析的符号引用时，并不意味着这个解析结果对于其他invokedynamic指令也同样生效。因为
invokedynamic 指令的目的本来就是用于动态语言支持 [1] ，它对应的引用称为 “动态调用点限定符（ Dynamically-Computed Call Site Specifier ） ” ，这里 “ 动态 ”的含义是指必须等到程序实际运行到这条指令时，解析动作才能进行。相对地，其余可触发解析的指令都是 “ 静态 ”的，可以在刚刚完成加载阶段，还没有开始执行代码时就提前进行解析。 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、方法句柄和调用点限定符这7类符号引用进行，分别对应于常量池的CONSTANT_Class_info、 CON-STANT_Fieldref_info、CONSTANT_Methodref_info 、 CONSTANT_InterfaceMethodref_info、CONSTANT_MethodType_info 、 CONSTANT_MethodHandle_info 、 CONSTANT_Dynamic_info和CONSTANT_InvokeDynamic_info 8 种常量类型 [2] 。下面笔者将讲解前 4 种引用的解析过程，对于后4种，它们都和动态语言支持密切相关，由于 Java 语言本身是一门静态类型语言，在没有讲解清楚 invokedynamic 指令的语意之前，我们很难将它们直观地和现在的 Java语言语法对应上，因此笔者将延后到第 8 章介绍动态语言调用时一起分析讲解。假设当前代码所处的类为D,如果要把一个从未解析过的符号引用N解析为一个类或接口C的直接引用,那虚拟机完成整个解析的过程需要以下3个步骤:
如果C不是一个数组类型,那虚拟机将会把代表N的全限定名传递给D的类加载器去加载这个类C。在加载过程中,由于元数据验证、字节码验证的需要,又可能触发其他相关类的加载动作,例如加载这个类的父类或实现的接口。一旦这个加载过程出现了任何异常,解析过程就宣告失败。如果C是一个数组类型,并且数组的元素类型为对象,也就是N的描述符会是类似“[Ljava/lang/Integer”的形式,那将会按照第1点的规则加载数组元素类型。如果N的描述符如前面所假设的形式,需要加载的元素类型就是“ java. lang Integer”,接着由虚拟机生成个代表此数组维度和元素的数组对象。如果上面的步骤没有出现任何异常,那么C在虚拟机中实际上已经成为一个有效的类或接口了,但在解析完成之前还要进行符号引用验证,确认D是否具备对C的访问权限，如果发现不具备访问权限,将抛出 java.lang.IllegalAccessError异常。针对上面第3点访问权限验证，在JDK 9引入了模块化以后，一个public类型也不再意味着程序任何位置都有它的访问权限，我们还必须检查模块间的访问权限。
如果我们说一个 D 拥有 C 的访问权限，那就意味着以下 3 条规则中至少有其中一条成立： 被访问类C是public的，并且与访问类D处于同一个模块。 被访问类C是public的，不与访问类D处于同一个模块，但是被访问类C的模块允许被访问类D的模块进行访问。 被访问类C不是public的，但是它与访问类D处于同一个包中。 在后续涉及可访问性时，都必须考虑模块间访问权限隔离的约束，即以上列举的 3条规则，这些内容在后面就不再复述了。要解析一个未被解析过的字段符号引用，首先将会对字段表内class_index[3]项中索引的CONSTANT_Class_info符号引用进行解析，也就是字段所属的类或接口的符号引用。如果在解析这个类或接口符号引用的过程中出现了任何异常，都会导致字段符号引用解析的失败。如果解析成功完成，那把这个字段所属的类或接口用C表示，《Java虚拟机规范》要求按照如下步骤对C进行后续字段的搜索：
如果C本身就包含了简单名称和字段描述符都与目标相匹配的字段，则返回这个字段的直接引用，查找结束。 否则，如果在C中实现了接口，将会按照继承关系从下往上递归搜索各个接口和它的父接口，如果接口中包含了简单名称和字段描述符都与目标相匹配的字段，则返回这个字段的直接引用，查找结束。否则，如果C不是java.lang.Object的话，将会按照继承关系从下往上递归搜索其父类，如果在父类中包含了简单名称和字段描述符都与目标相匹配的字段，则返回这个字段的直接引用，查找结束。 否则，查找失败，抛出java.lang.NoSuchFieldError异常。 如果查找过程成功返回了引用，将会对这个字段进行权限验证，如果发现不具备对字段的访问权限，将抛出 java.lang.IllegalAccessError 异常。 以上解析规则能够确保 Java 虚拟机获得字段唯一的解析结果，但在实际情况中， Javac编译器往往会采取比上述规范更加严格一些的约束，譬如有一个同名字段同时出现在某个类的接口和父类当中， 或者同时在自己或父类的多个接口中出现，按照解析规则仍是可以确定唯一的访问字段，但 Javac编译器就可能直接拒绝其编译为 Class 文件。在代码清单 7-4 中演示了这种情况，如果注释了 Sub 类中 的 “public static int A=4 ； ” ，接口与父类同时存在字段 A ，那 Oracle 公司实现的 Javac 编译器将提示“The field Sub.A is ambiguous” ，并且会拒绝编译这段代码。 package org.fenixsoft.classloading; public class FieldResolution { interface Interface0 { int A = 0; } interface Interface1 extends Interface0 { int A = 1; } interface Interface2 { int A = 2; } static class Parent implements Interface1 { public static int A = 3; } static class Sub extends Parent implements Interface2 { public static int A = 4; } public static void main(String[] args) { System.out.println(Sub.A); } }3.4.3、类方法解析
类方法解析的第一个步骤与字段解析一样,也需要先解析出类方法表的 class_index[4]项中索引的方法所属的类或接口的符号引用,如果解析成功,我们依然用C表示这个类,接下来虚拟机将会按照如下步骤进行后续的类方法搜索。
类方法和接口方法符号引用的常量类型定义是分开的,如果在类方法表中发现 class_index中索引的C是个接口,那就直接抛出 java.lang.IncompatibleClassChangeError异常。如果通过了第1步,在类C中查找是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法,如果有则返回这个方法的直接引用,查找结束。否则,在类C的父类中递归查找是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法,如果有则返回这个方法的直接引用,查找结束。否则,在类C实现的接口列表及它们的父接口之中递归查找是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法,如果存在匹配的方法,说明类C是一个抽象类,这时查找结束,抛出 java.lang.AbstractMethodError异常。否则,宣告方法查找失败,抛出 java.lang.NoSuchMethodError。最后,如果查找过程成功返回了直接引用,将会对这个方法进行权限验证,如果发现不具备对此方法的访问权限,将抛出 java.lang.IllegalAccessError异常。
接口方法也是需要先解析出接口方法表的class_index[5]项中索引的方法所属的类或接口的符号引用，如果解析成功，依然用C表示这个接口，接下来虚拟机将会按照如下步骤进行后续的接口方法搜 索：
与类方法解析不同,如果在接口方法表中发现 class_index中的索引C是个类而不是接口,那就直接抛出 java.lang.IncompatibleClassChangeError异常。否则,在接口C中查找是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法,如果有则返回这个方法的直接引用,查找结束。否则,在接口C的父接口中递归查找,直到 java.lang.Object类(查找范围会包括Object类)为止,看是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法,如果有则返回这个方法的直接引用,查找结束。 对于规则 3 ，由于 Java 的接口允许多重继承，如果 C的不同父接口中存有多个简单名称和描述符都与目标相匹配的方法，那将会从这多个方法中返回其中一个并结束查找，《 Java虚拟机规范》中并没有进一步规则约束应该返回哪一个接口方法。但与之前字段查找类似地，不同发行商实现的 Javac 编 译器有可能会按照更严格的约束拒绝编译这种代码来避免不确定性。 否则,宣告方法查找失败,抛出 java.lang.NoSuchMethodError异常。在JDK 9之前，Java接口中的所有方法都默认是public的，也没有模块化的访问约束，所以不存在访问权限的问题，接口方法的符号解析就不可能抛出java.lang.IllegalAccessError异常。但在JDK 9中增加了接口的静态私有方法，也有了模块化的访问约束，所以从JDK 9起，接口方法的访问也完全有可能因访问权限控制而出现java.lang.IllegalAccessError异常。
[1] invokedynamic 指令是在 JDK 7 时加入到字节码中的，当时确实只为了做动态语言（如 JRuby、Scala ）支持， Java 语言本身并不会用到它。而到了 JDK 8 时代， Java 有了 Lambda表达式和接口的默认方法，它们在底层调用时就会用到 invokedynamic指令，这时再提动态语言支持其实已不完全切合，我们就只把它当个代称吧。笔者将会在第 8 章中介绍这部分内容。 [2] 严格来说， CONSTANT_String_info这种类型的常量也有解析过程，但是很简单而且直观，不再做独立介绍。 [3] 参见第 6 章中关于 CONSTANT_Fieldref_info 常量的相关内容。 [4] 参见第 6 章关于 CONSTANT_Methodref_info 常量的相关内容。 [5] 参见第 6 章中关于 CONSTANT_InterfaceMethodref_info 常量的相关内容。类的初始化阶段是类加载过程的最后一个步骤，之前介绍的几个类加载的动作里，除了在加载阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器的方式局部参与外，其余动作都完全由Java虚拟机来主导控 制。直到初始化阶段，Java虚拟机才真正开始执行类中编写的Java程序代码，将主导权移交给应用程序。
进行准备阶段时，变量已经赋过一次系统要求的初始零值，而在初始化阶段，则会根据程序员通过程序编码制定的主观计划去初始化类变量和其他资源。我们也可以从另外一种更直接的形式来表达：初始化阶段就是执行类构造器 <clinit>() 方法的过程。 <clinit>() 并不是程序员在 Java代码中直接编写的方法，它是 Javac 编译器的自动生成物，但我们非常有必要了解这个方法具体是如何产生的，以及 <clinit>()方法执行过程中各种可能会影响程序运行行为的细节，这部分比起其他类加载过程更贴近于普通的程序开发人员的实际工作 [1] 。 <clinit>()方法是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态语句块（static{}块）中的语句合并产生的，编译器收集的顺序是由语句在源文件中出现的顺序决定的，静态语句块中只能访问到定义在静态语句块之前的变量，定义在它之后的变量，在前面的静态语句块可以赋值，但是不能访问，如代码清单7-5所示。 <clinit>()方法与类的构造函数(或者说实例构造器<init>()方法)不同,它不需要显式地调用父类构造器,虚拟机会保证在子类的<clinit>()方法执行之前,父类的<clinit>()方法已经执行完毕。因此在虚拟机中第一个被执行的<clinit>()方法的类肯定是 java.lang.Object。由于父类的<clinit>(()方法先执行,也就意味着父类中定义的静态语句块要优先于子类的变量赋值操作,如在代码清单7-6中,字段B的值将会是2而不是1。 <clinit>()方法对于类或接口来说并不是必需的,如果一个类中没有静态语句块,也没有对变量的赋值操作,那么编译器可以不为这个类生成<clinit>()方法。接口中不能使用静态语句块,但仍然有变量初始化的赋值操作,因此接口与类一样都会生成<clinit>()方法。但接口与类不同的是,执行接口的<clinit>()方法不需要先执行父接口的<clinit>()方法。只有当父接日中定义的变量使用时,父接口才会初始化。另外,接口的实现类在初始化时也一样不会执行接日的<clinit>()方法。虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确地加锁、同步,如果多个线程同时去初始化一个类,那么只会有一个线程去执行这个类的<clinit>()方法,其他线程都需要阻塞等待,直到活动线程执行<clinit>()方法完毕。如果在一个类的<clinit>()方法中有耗时很长的操作,就可能造成多个进程阻塞[2],在实际应用中这种阻塞往往是很隐蔽的。[1] 这里的讨论只限于Java语言编译产生的Class文件，不包括其他Java虚拟机语言。
[2] 需要注意，其他线程虽然会被阻塞，但如果执行＜ clinit ＞ () 方法的那条线程退出＜ clinit ＞ () 方法 后，其他线程唤醒后则不会再次进入＜ clinit ＞ () 方法。同一个类加载器下，一个类型只会被初始化一 次。