Запуск виртуальной машины Java происходит путём вызова метода main некоторого указанного класса, передав ему единственный аргумент – массив строк. В примерах в этом спецификационном документе этот первый класс обычно называется Test.

Точные семантики запуска виртуальной машины Java даны в главе 5 спецификации The Java Virtual Machine Specification, Java SE 7 Edition. Здесь мы представляем общий обзор процесса с точки зрения языка программирования Java.

Способ указания начального класса виртуальной машине Java выходит за рамки этой спецификации, но типично, в средах с командной строкой, что полное имя класса указывается как аргумент командной строки, а последующие аргументы командной строки используются как строки, передаваемые в качестве аргумента методу main.

java Test reboot Bob Dot Enzo

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

public static void main(String[] args)

public static void main(String... args)

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

Точные семантики загрузки описаны в главе 5 спецификации Java Virtual Machine, Java SE 7 Edition. Здесь мы представляем общий обзор процесса с точки зрения языка программирования Java.

Бинарный формат класса или интерфейса обычно соответствует формату файла class, описанному в спецификации Java Virtual Machine, Java SE 7 Edition, но возможны и другие форматы, при условии что они удовлетворяют требованиям, указанным в §13.1. Метод defineClass класса ClassLoader может быть использован для построения объектов Class из бинарных представлений в формате файла class.

Корректно работающие загрузчики классов поддерживают следующие свойства:

Злонамеренный загрузчик классов может нарушить эти свойства. Однако он не может подорвать безопасность системы типов, потому что Java Virtual Machine защищена от этого.

Для более подробного обсуждения этих вопросов см. спецификацию Java Virtual Machine, Java SE 7 Edition, и статью «Динамическая загрузка классов в Java Virtual Machine» Шенга Лианга и Гилада Брахи в «Трудах OOPSLA'98», опубликованной как «ACM SIGPLAN Notices», том 33, номер 10, октябрь 1998 года, страницы 36-44. Основным принципом проектирования языка программирования Java является то, что система типов во время выполнения не может быть подорвана кодом, написанным на языке программирования Java, даже реализациями таких чувствительных системных классов, как ClassLoader и SecurityManager.

Связывание — это процесс взятия двоичной формы типа класса или интерфейса и его объединения в состояние выполнения Java Virtual Machine, чтобы его можно было выполнить. Тип класса или интерфейса всегда загружается перед его связыванием.

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

Точные семантика связывания описаны в главе 5 Спецификации Java Virtual Machine, издание Java SE 7. Здесь мы представляем обзор процесса с точки зрения языка программирования Java.

Эта спецификация позволяет реализации гибкость относительно того, когда происходят действия связывания (и, из-за рекурсии, загрузки), при условии, что соблюдаются семантика языка программирования Java, что класс или интерфейс полностью проверены и подготовлены перед инициализацией, и что ошибки, обнаруженные во время связывания, выбрасываются в точке программы, где какое-либо действие выполняется программой, 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 использовании (ленивое или позднее разрешение), или разрешить их все сразу во время проверки класса (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 с OutOfMemoryError.

Новый экземпляр класса явно создаётся, 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 какими) в рамках процесса создания экземпляра класса.

При создании нового экземпляра класса для него выделяется память, достаточная 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 памяти недостаточно для выделения памяти для объекта, то создание экземпляра класса завершается внезапно с OutOfMemoryError. В противном случае все переменные экземпляра в новом объекте, включая те, что объявлены в суперклассах, инициализируются своими значениями по умолчанию (§4.12.5).

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

В отличие от C++, язык программирования Java не определяет изменённые правила для диспетчеризации методов во время создания нового экземпляра класса. Если вызываются методы, переопределённые в подклассах в инициализируемом объекте, то эти переопределённые методы используются, даже до того, как новый объект будет полностью инициализирован.

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 выгрузить классы.

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

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

Выгрузка классов — это оптимизация, которая помогает уменьшить использование памяти. Очевидно, семантика программы не должна зависеть от того, выбирает ли и как система реализует оптимизацию, такую как выгрузка классов. В противном случае это нарушит переносимость программ. Следовательно, то, загружен ли класс или интерфейс, должно быть прозрачно для программы.

Однако, если класс или интерфейс C был выгружен, в то время как его определяющий загрузчик был потенциально достижим, то C может быть загружен повторно. Мы не можем гарантировать, что этого не произойдёт. Даже если к классу не ссылаются другие загруженные классы, он может быть сохранен в каком-либо классе или интерфейсе D, который ещё не загружен. Когда D загружается определяющим загрузчиком C, его выполнение может вызвать повторную загрузку C.

Повторная загрузка 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, хеш-значение объекта Class зависит от его идентичности. Поэтому, как правило, невозможно перегрузить класс или интерфейс полностью прозрачным образом.

Поскольку мы не можем гарантировать, что выгрузка класса или интерфейса, определяющего загрузчик которого потенциально достижим, не приведёт к повторной загрузке, а повторная загрузка никогда не прозрачна, но выгрузка должна быть прозрачной, следует, что нельзя выгружать класс или интерфейс, пока его загрузчик потенциально достижим. Аналогичные рассуждения можно использовать, чтобы сделать вывод, что классы и интерфейсы, загруженные загрузчиком Bootstrap, никогда не могут быть выгружены.

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

Выгрузка классов — это оптимизация, имеющая значение только для приложений, которые загружают большое количество классов и которые перестают использовать большинство из них через некоторое время. Ярким примером такого приложения является веб-браузер, но есть и другие. Характерной особенностью таких приложений является то, что они управляют классами посредством явного использования загрузчиков классов. В результате описанная выше политика хорошо работает для них.

Строго говоря, обсуждение вопроса о выгрузке классов в этом спецификации не является существенным, так как выгрузка классов — это просто оптимизация. Однако этот вопрос очень тонкий, поэтому он упоминается здесь для уточнения.

Программа завершает все свои действия и выходит при наступлении одного из двух условий: