Виртуальная машина Java начинает выполнение, вызывая метод main некоторого указанного класса или интерфейса, передавая ему один аргумент — массив строк. В примерах в этом спецификации этот первый класс обычно называется Test.

Точные семантики запуска виртуальной машины Java приведены в главе 5 спецификации Спецификация виртуальной машины Java, издание Java SE 11. Здесь мы представляем обзор процесса с точки зрения языка программирования Java.

Способ, которым начальный класс или интерфейс указывается виртуальной машине Java, выходит за рамки этой спецификации, но типично, в средах, использующих командную строку, полное имя класса или интерфейса указывается в качестве аргумента командной строки, а последующие аргументы командной строки используются в качестве строк, передаваемых в качестве аргумента методу main.

java Test reboot Bob Dot Enzo

Теперь мы наметим шаги, которые виртуальная машина Java может предпринять для выполнения Test, как пример процесса загрузки, линковки и инициализации, которые описываются более подробно в последующих разделах.

public static void main(String[] args)

public static void main(String... args)

Загрузка относится к процессу поиска бинарной формы класса или интерфейса с определенным именем, возможно, вычисляя его на лету, но чаще всего извлекая ранее вычисленное бинарное представление из исходного кода с помощью компилятора Java и создавая из этого бинарного представления объект Class для представления класса или интерфейса.

Точные семантики загрузки приведены в главе 5 спецификации виртуальной машины Java, Java SE 11 Edition. Здесь мы представляем общий обзор процесса с точки зрения языка программирования Java.

Бинарный формат класса или интерфейса обычно является форматом файла class, описанным в спецификации виртуальной машины Java, Java SE 11 Edition, указанной выше, но возможны и другие форматы, при условии, что они соответствуют требованиям, указанным в §13.1. Метод defineClass класса ClassLoader может использоваться для создания объектов Class из бинарных представлений в формате файла class.

Корректно работающие загрузчики классов сохраняют эти свойства:

Злонамеренный загрузчик классов может нарушить эти свойства. Однако он не может подорвать безопасность системы типов, поскольку виртуальная машина Java защищает от этого.

Для более подробного обсуждения этих вопросов см. спецификацию виртуальной машины Java, Java SE 11 Edition и статью «Динамическая загрузка классов в виртуальной машине Java» авторов Шенга Лианга и Гилада Брахи, опубликованную в Трудах OOPSLA '98, как «ACM SIGPLAN Notices», том 33, номер 10, октябрь 1998 года, страницы 36-44. Основным принципом проектирования языка программирования Java является то, что во время выполнения система типов не может быть подорвана кодом, написанным на языке программирования Java, даже реализациями таких чувствительных системных классов, как ClassLoader и SecurityManager.

Связывание — это процесс взятия бинарной формы типа класса или интерфейса и объединения её в состояние выполнения Java-виртуальной машины, чтобы её можно было выполнить. Тип класса или интерфейса всегда загружается до его связывания.

В связывании участвуют три различных действия: проверка, подготовка и разрешение символических ссылок.

Точные семантики связывания приведены в главе 5 спецификации Java-виртуальной машины, Java SE 11 Edition. Здесь мы представляем общий обзор процесса с точки зрения языка программирования Java.

Эта спецификация предоставляет реализации гибкость в отношении того, когда происходят действия связывания (и, из-за рекурсии, загрузки), при условии соблюдения семантики языка программирования Java, что класс или интерфейс полностью проверены и подготовлены перед его инициализацией, и что ошибки, обнаруженные во время связывания, выбрасываются в точке программы, где выполняется какое-либо действие программы, которое может потребовать связывания с классом или интерфейсом, участвующим в ошибке.

Например, реализация может выбрать разрешение каждой символической ссылки в классе или интерфейсе индивидуально только при её использовании (ленивое или отложенное разрешение), или разрешить их все сразу, пока класс проверяется (статическое разрешение). Это означает, что процесс разрешения может продолжаться в некоторых реализациях после инициализации класса или интерфейса.

Поскольку связывание включает выделение новых структур данных, оно может завершиться ошибкой OutOfMemoryError.

Новый экземпляр класса явно создается, когда вычисление выражения создания экземпляра класса (§15.9) приводит к созданию экземпляра класса.

Новый экземпляр класса может быть неявно создан в следующих ситуациях:

В каждой из этих ситуаций идентифицируется конкретный конструктор (§8.8), который должен быть вызван со специфицированными аргументами (возможно, ни с одним) в рамках процесса создания экземпляра класса.

Всякий раз, когда создается новый экземпляр класса, выделяется память для него с местом для всех переменных экземпляра, объявленных в типе класса, и всех переменных экземпляра, объявленных в каждом суперклассе типа класса, включая все переменные экземпляра, которые могут быть скрыты (§8.3).

Если доступно недостаточно памяти для выделения памяти для объекта, то создание экземпляра класса завершается неожиданно с OutOfMemoryError. В противном случае все переменные экземпляра в новом объекте, включая те, которые объявлены в суперклассах, инициализируются их значениями по умолчанию (§4.12.5).

Непосредственно перед тем, как ссылка на только что созданный объект возвращается в качестве результата, указанный конструктор обрабатывается для инициализации нового объекта с использованием следующей процедуры:

В отличие от языка C++, язык программирования Java не определяет измененные правила для диспетчеризации методов во время создания нового экземпляра класса. Если вызываются методы, переопределенные в подклассах в инициализируемом объекте, то эти переопределенные методы используются даже до полного инициализирования нового объекта.

class Point {
    int x, y;
    Point() { x = 1; y = 1; }
}
class ColoredPoint extends Point {
    int color = 0xFF00FF;
}
class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ColoredPoint cp = new ColoredPoint();
        System.out.println(cp.color);
    }
}

ColoredPoint() { super(); }

Point() { super(); x = 1; y = 1; }

Object() { }

class Super {
    Super() { printThree(); }
    void printThree() { System.out.println("three"); }
}
class Test extends Super {
    int three = (int)Math.PI;  // That is, 3
    void printThree() { System.out.println(three); }

    public static void main(String[] args) {
        Test t = new Test();
        t.printThree();
    }
}

0
3

Реализация языка программирования Java может выгружать классы.

Класс или интерфейс может быть выгружен только в том случае, если его определяющий загрузчик классов может быть удалён сборщиком мусора, как обсуждается в §12.6.

Классы и интерфейсы, загруженные загрузчиком bootstrap, не могут быть выгружены.

Выгрузка классов — это оптимизация, которая помогает сократить использование памяти. Очевидно, семантика программы не должна зависеть от того, выбирает ли система реализовать оптимизацию, такую как выгрузка классов, и как она это делает. Иначе это подорвёт переносимость программ. Следовательно, то, был ли класс или интерфейс выгружен или нет, должно быть прозрачно для программы.

Однако, если класс или интерфейс C был выгружен, в то время как его определяющий загрузчик потенциально достижим, то C может быть перезагружен. Никогда нельзя гарантировать, что этого не произойдёт. Даже если к классу не ссылается ни один другой загруженный класс, на него может ссылаться какой-либо класс или интерфейс D, который ещё не был загружен. Когда D загружается определяющим загрузчиком C, его выполнение может привести к перезагрузке C.

Перезагрузка может быть непрозрачной, если, например, класс имеет static переменные (состояние которых будет потеряно), статические инициализаторы (которые могут иметь побочные эффекты) или native методы (которые могут сохранять статическое состояние). Кроме того, значение хеша объекта Class зависит от его идентичности. Поэтому, как правило, невозможно перезагрузить класс или интерфейс полностью прозрачным способом.

Поскольку мы никогда не можем гарантировать, что выгрузка класса или интерфейса, определяющего загрузчик которого потенциально достижим, не приведёт к перезагрузке, а перезагрузка никогда не является прозрачной, но выгрузка должна быть прозрачной, следует, что класс или интерфейс не следует выгружать, пока его загрузчик потенциально достижим. Аналогичный ход рассуждений можно использовать для вывода, что классы и интерфейсы, загруженные загрузчиком bootstrap, никогда не могут быть выгружены.

Также необходимо аргументировать, почему безопасно выгрузить класс C, если его определяющий загрузчик может быть удалён. Если определяющий загрузчик может быть удалён, значит, на него не может быть никаких активных ссылок (включая ссылки, которые не активны, но могут быть восстановлены финализаторами). Это, в свою очередь, может быть истинным только в том случае, если никогда не может быть активных ссылок на какие-либо классы, определённые этим загрузчиком, включая C, ни из их экземпляров, ни из кода.

Выгрузка классов — это оптимизация, которая значима только для приложений, которые загружают большое количество классов и которые перестают использовать большинство этих классов после некоторого времени. Ярким примером такого приложения является веб-браузер, но есть и другие. Характерной чертой таких приложений является то, что они управляют классами с помощью явного использования загрузчиков классов. В результате описанная выше политика хорошо работает для них.

Строго говоря, обсуждение вопроса выгрузки классов не является обязательным для этого спецификации, поскольку выгрузка классов — это всего лишь оптимизация. Однако вопрос очень тонкий, и поэтому он упоминается здесь для уточнения.

Программа завершает все свои действия и выходит, когда происходит одно из двух: