引子

对象是“类型系统+运行时实体”。运行时实体存在于堆内存中，那么类型系统物理上是怎么实现这个概念？ 发射第一步拿的Class对象到底是个什么？

明确运行时类型概念

  1. 都是运行时概念下，JVM拉起之后
  2. 并不是编译时类型，是运行时类型，是真正属于的具体类。「注意多态」

物理上怎么实现“运行时类型”这个概念？

  1. JVM必须能在给定一个对象引用时，快速得到“这个对象属于哪个类”

  2. 因此对象在内存中会存在一个对象头，包含有指向“类元数据”的指针/引用

    • 大多数JVM 实现（HotSpot 也是这样思路）都会把对象内存分成两块：

      • 对象头（object header）
      • 实例数据（fields / array elements）

    • 对象头中通常包含两类信息

      • 同步/GC/哈希相关的运行时信息（例如锁、hashcode、GC 标记等）
        • 类型指针：指向“类元数据”的指针（HotSpot 里常被描述为指向 Klass 元数据的指针）

    • 所以obj.getClass() 的底层本质：读取对象头里的“类型指针”，再把它映射到 java.lang.Class 对象返回。「Class对象是一个对象，在堆内存里，与内部元信息同阶段产生」

      • 因此说java.lang.Class 对象是 Java 层可见的“句柄/门面”（a handle/facade）

  3. 指针指向的“类元数据”是什么？放在哪里？

    1. 对象头的类型指针会指向JVM 内部的“类元数据结构”（概念上可以叫它 klass metadata）。里面包含有
      • 方法表（用于虚调用/动态分派）
      • 字段布局（字段偏移量、类型）
      • 常量池引用
      • 父类/接口信息
      • 访问标志、注解信息（或其索引）
      • 以及许多用于 JIT、验证、解析的结构

  4. 关系图：

    堆上普通对象 (Person 实例)
  └─对象头: 类型指针 ───> JVM内部类元数据 (Person 的元数据结构)
                             └─关联/映射 ───> 堆上的 java.lang.Class<Person> 对象
    1. 因此，解释了为什么能从对象拿到 Class（对象头有类型信息）
    2. 能从 Class 反射到字段/方法（Class 能访问类元数据）
    3. 反射读写字段能定位偏移（字段布局在类元数据里）

什么时间点存在？

  1. Person 实例（普通对象）：第一次遇到调用时，new出来时，创建运行在堆内存上。
  2. Java内部类、核心类：如java.lang.Object、java.lang.String这些，由 bootstrap class loader 在 JVM 启动早期就加载
  3. JVM 内部“类元数据结构”：如自定义类这些，在第一次引用类加载过程中由 JVM 创建并维护，通常存放在 JVM 的元数据区域。由ClassLoader 加载字节码后生成7.1-反射-intro 、 从 “单文件运行java Foo.java”说起：ClassLoader 与 Java 的“类型身份
  4. java.lang.Class 对象：本身是一个堆对象，在某个类型被加载时，JVM除了创建维护那些元数据区域外，会在堆里准备一个对应的Class 对象。（作为 Java 层访问类元数据的“门面/句柄”）
  5. 实例字段与静态字段：实例字段在每个对象的实例数据里（每个对象一份）；静态字段在“类”那里，位于“类的静态存储区”里（每个类一份）

类加载过程发生了什么？

并不是一个动作，JVM分为了三步（简化）

1）加载（Loading）

  • 找到字节码（.class）
  • 解析出类的结构，创建 JVM 内部类元数据
  • 并准备 Class 对象（门面）

2）链接（Linking）

分三块，但你最关心的是：

  • 准备（Preparation）：为静态字段分配内存，并设为默认值（0/null/false）

注意：这时还没有执行你的静态初始化代码。

3）初始化（Initialization）

  • 执行类的 <clinit>：包括
    • static { ... } 静态代码块
    • static 字段的显式赋值（如 static int x = 3;）

只有到了初始化阶段，静态字段才会被赋成“你写的值”。

在准备阶段它们只是默认值。

类被加载了”不等于“类被初始化了

总结

  1. 核心类在很早期就会被 JVM 创建出一个JVM 内部元数据区域，非堆内存。同时会生成一个**java.lang.Class 堆对象**作为“门户”（Java 层能看到），这个Class对象位于堆内存。
  2. 业务类会在被触发时被创建，也属于元信息，也非堆。同样会产生一个Class<Person> 对象，位于堆内存
  3. 实例化的对象会被安放在堆内存里，放置头信息来指向类的信息。（实例对象就是通过这个头信息，映射到类的Class对象）
  4. 静态字段的存储属于“类的存储”，不属于实例，存储可能在堆上也可能在其他区域。
    1. 要记住的是他分为“加载”和“初始化赋值”两步骤：在链接阶段分配存储并设为默认值。在初始化阶段执行赋值。