加载、链接和初始化 - 什么时候加载一个类？

Question

我对类加载的理解是，一个类在第一次需要时被加载（用一种非常简单的方式说）。使用 -verbose:class 和 Iterators 类的修改版本运行以下示例，该版本在调用其 clinit 时会打印一条消息，但我观察到了一些我无法真正解释的事情：

public class IteratorsTest
{
    public static void main(String[] args)
    {
        com.google.common.collect.Iterators.forArray(1, 2, 3);
    }
}

（清理后的）输出如下：

[Loaded com.google.common.collect.Iterators from file:...]
[Loaded com.google.common.collect.Iterators$1 from file:...]
---------> Iterators <clinit>

为什么在调用 clinit 之前加载 Iterators$1？它只在 clinit 中定义，不是吗？

  static final UnmodifiableListIterator<Object> EMPTY_LIST_ITERATOR =
      new UnmodifiableListIterator<Object>() {
  ...
  }

这会产生以下字节码：

static <clinit>()V
   L0
    GETSTATIC java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;
    LDC "---------> Iterators clinit --------------"**
    INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println (Ljava/lang/String;)V
   L1
    NEW com/google/common/collect/Iterators$1
    DUP
    INVOKESPECIAL com/google/common/collect/Iterators$1.<init> ()V
   L2
    PUTSTATIC com/google/common/collect/Iterators.EMPTY_LIST_ITERATOR : Lcom/google/common/collect/UnmodifiableListIterator;

更让我困惑的是，我还有一个示例（太复杂，无法在此处发布），其中与上面主要代码中的代码行相同的代码导致以下输出：

[Loaded com.google.common.collect.Iterators from file:...]
---------> Iterators <clinit>
[Loaded com.google.common.collect.Iterators$1 from file:...]

这实际上也是我对简单测试程序的期望。

我试图在这里找到答案 https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se7/html/jvms-5.html ，但这并没有真正帮助。

• 有时先执行 clinit 而有时先加载匿名类的原因是什么？
• 当 JVM 调用类的 clinit 时，有没有办法跟踪？类似于 -verbose:class 或 -XX:+TraceClassLoading 等的东西？

Answer 1

有时先执行 clinit 而有时先加载匿名类的原因是什么？

类加载过程包含以下过程。

• 加载中
• 链接
  • 验证
  • 准备工作
  • 分辨率
• 初始化
• 使用
• 卸载

现在我们关注的是解析和初始化阶段 reference class 加载发生在 resolution 阶段， 发生在 initialization 阶段。 加载验证准备初始化卸载的顺序是固定的，但是调用解析阶段的时间不固定，它可能发生在初始化之前（对应你的前一种情况）阶段，它也可能在某些情况下发生在初始化之后（对应你的后一种情况）。

出于性能考虑，HotSpot VM 通常会等到类初始化后再加载和链接一个类。所以如果A类引用B类，加载A类不一定会导致B类的加载（除非需要验证）。执行引用 B 的第一条指令将导致 B 的初始化，这需要加载和链接 B 类。

当 JVM 调用类的 clinit 时，有没有办法跟踪？类似于 -verbose:class 或 -XX:+TraceClassLoading 等的东西？

我不知道是否存在一些 jvm 参数，您可以直接获取 jvm 调用 方法的时间，但是还有另一种方法可以实现这一点，使用 jvm_ti 。您可以侦听诸如 methodEntry 之类的事件，然后获取调用 方法的时间。欲了解更多信息谷歌jvm_ti。

参考：

• Chapter 7 of Inside the Java Virtual Machine
• jvm_ti
• HotSpot Runtime Overview

Answer 2

这里是为那些不想阅读所有 cmets 的人总结的解决方案；）

1. 执行顺序的差异是由指定了-noverify 的启动器之一引起的。验证器可能会导致加载其他类，如JVM Spec 中所述。是否加载类似乎取决于分配对象的字段的类型。更多详情here。另一方面，当以-noverify 开始时，没有验证，因此类的加载仅发生在代码中首次使用它的确切位置，在我的例子中，它位于<clinit> 内。
2. 有一些方法可以跟踪调用<clinit>，而无需修改字节码。一种方法是在 JDK8 上使用-XX:+TraceClassInitialization。然而，这需要 JVM 的调试版本（注意：这不是您的程序在调试模式下启动，而是真正启用调试编译的 VM。可以找到如何构建它的指南 here）。另一种方法——尽管只有 JDK9 自带——是使用新的 JEP 158: Unified JVM Logging feature 并在启动程序时提供类似以下内容：
   -Xlog:class+load=info,class+init=info:file=trace.log（有关如何获取完整列表的信息，请参阅 here标签和参数）