面试题：Java抽象类在内存中的生命周期简述

Question

请简要描述Java抽象类从加载到卸载过程中，在内存里经历了哪些主要阶段，以及每个阶段的特点。

Answer 1

加载（Loading）阶段

1. 特点：
   • 查找并加载字节码：Java虚拟机（JVM）通过类加载器在文件系统、网络等位置查找抽象类对应的字节码文件（.class文件），并将字节码读入内存。
   • 创建类的二进制表示：将字节码转换为JVM能够理解的内部数据结构，这个二进制表示包含类的元数据信息，如类名、父类、接口、字段、方法等。
   • 分配内存：为类的静态变量（static修饰的变量）在方法区分配内存空间，并赋予初始值（零值或默认值，如int为0，boolean为false等）。

连接（Linking）阶段

1. 验证（Verification）：
   • 特点：
     • 文件格式验证：确保字节码文件格式符合JVM规范，例如检查魔数、版本号等是否正确，保证字节码可以被JVM安全加载。
     • 元数据验证：对类的元数据进行语义检查，比如检查类是否继承了不允许继承的类（如final类），字段和方法是否与父类冲突等。
     • 字节码验证：对字节码进行数据流和控制流分析，确保字节码指令合法且不会导致非法操作，如检查跳转指令是否指向合法位置，操作数栈是否溢出等。
     • 符号引用验证：确保类对其他类、字段、方法的符号引用在解析阶段可以成功转换为直接引用，检查符号引用所指向的目标是否存在等。
2. 准备（Preparation）：
   • 特点：正式为类的静态变量分配内存并设置初始值，这个阶段的初始值是数据类型的零值或默认值。例如，对于static int num;，num被初始化为0 。对于static final修饰的基本数据类型和字符串常量，在这个阶段会赋予真正的初始值。例如static final int num = 10;，num会在准备阶段就被赋值为10。
3. 解析（Resolution）：
   • 特点：将类的符号引用转换为直接引用。符号引用是以一组符号来描述所引用的目标，在编译时并不知道所引用目标的实际内存地址。而直接引用是直接指向目标的指针、相对偏移量或者句柄等。例如，类对其他类、接口、字段、方法的引用，在解析阶段会找到这些目标的实际内存位置，使得JVM可以直接访问它们。

初始化（Initialization）阶段

1. 特点：
   • 执行静态代码块和静态变量赋值：按照在源文件中出现的顺序，执行类的静态代码块（static {...}）和静态变量的显式赋值操作。例如：

public abstract class AbstractClass {
    static int num = 5;
    static {
        num = num + 10;
    }
}

在初始化阶段，先给num赋值为5，然后执行静态代码块，num变为15。

• 调用父类的初始化方法：如果该抽象类有父类，会先调用父类的初始化方法，确保父类的静态变量和静态代码块先执行，保证继承体系的正确初始化。

使用（Using）阶段

1. 特点：
   • 类的实例化和方法调用：可以使用这个抽象类（通过其子类实例化等方式间接使用），例如子类可以继承该抽象类并实现其抽象方法，然后创建子类实例调用方法。抽象类中的非抽象方法也可以被其子类直接调用。
   • 访问静态成员：可以直接访问抽象类的静态成员（静态变量和静态方法），这些静态成员在内存中的数据会随着程序的运行而发生变化。

卸载（Unloading）阶段

1. 特点：
   • 类加载器回收：当类加载器被回收时（例如加载该抽象类的自定义类加载器不再被引用），该类加载器所加载的类（包括抽象类）也会被卸载。
   • 内存释放：类的二进制表示从方法区中移除，类的静态变量所占用的内存空间被释放，类的实例（如果存在，通过子类实例化等方式产生的实例）所占用的堆内存也会在合适的时候（对象不再被引用）被垃圾回收器回收。
   • 资源清理：如果抽象类在加载或使用过程中打开了一些资源（如文件句柄、数据库连接等），需要在卸载前进行资源清理，确保资源正确关闭，避免资源泄漏。