虚拟机类加载机制

概述：

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虚拟机类加载机制：
虚拟机把class文件加载到内存，并对数据进行校验，转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接实用的java类型，这就是虚拟机的类加载机制。

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java语言中：类的加载，连接，初始化的过程都是在程序运行期间完成的，会令类的加载时间变长。但提高了java程序的灵活性。

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类加载的时机：

生命周期：

加载->验证->准备->解析->初始化->使用->卸载 7个阶段。

什么时候进行初始化：
1. 遇到new，getstatic,putstatic,invokestatic,这四条字节码指令，如果没有进行初始化，要进行初始化操作
2. 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候。
3. 初始化一个类时如果发现其父类还没有初始化，要先初始化父类。
4. 当虚拟机启动时，用户指定的一个需要执行的主类，要进行初始化。
5. 当时用jdk1.7 的动态语言支持时，如果java.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果为REF_getStatic,REF_putStatic,REF_,invokestatic的方法句柄时，这个方法句柄没有初始化，则进行初始化。

这五种称为主动引用，其他则为被动引用（不会触发初始化）。

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被动引用：

package san;public class NotIntialization {    public static void main(String[] args) {        // 被动引用的例子        System.out.println("例子一");        System.out.println(SubClass.value);        System.out.println("-------------");        System.out.println("例子二");        SuperClass[] sca = new SuperClass[10];        System.out.println("-------------");        System.out.println("例子三");        System.out.println(ConstClass.HelloWord);    }}class SuperClass {    static {        System.out.println("super init");    }    public static int value = 123;}class SubClass extends SuperClass {    static {        System.out.println("subClass init");    }}class ConstClass {    static {        System.out.println("ConstClass init");    }    public static final String HelloWord = "hello world";}//例子一//super init//123//-------------//例子二//-------------//例子三//hello world

对于例子一：对于静态字段只有直接定义这个字段的类才会被初始化，对于是否触发子类的加载和验证取决于虚拟机的具体实现。
对于例子二：并没有初始化san.SuperClass，而是由虚拟机创建了一个Lsan.SuperClass,继承于object类，创建动作由newarray指令触发。
对于例子三：常量在编译期间会存入调用类的常量池，没有直接引用到定义常量的类，所以不会触发定义常量的类的初始化。

对于接口的加载：
1.接口不能使用static 代码块
2. 在类的初始化的时候，不要求父类已经初始化，而是在用到父类接口的时候才初始化。

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类加载的过程

1. 加载：
   “加载”是“类加载”过程的一个阶段。在加载阶段，虚拟机需要完成以下3件事情：
   1.通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。
   2.将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。
   3.在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口。
   加载阶段与连接阶段的部分内容是交叉进行的，加载阶段尚未完成，连接阶段可能已经开始。但这两个阶段的开始时间仍然保持着固定的先后顺序。

2. 验证：
   验证是连接阶段的第一步，这一阶段的目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。验证阶段是非常重要的，这个阶段是否严谨，直接决定了java虚拟机是否能够承受恶意代码的攻击，从执行性能的角度上讲，验证阶段的工作量在虚拟机的类加载子系统中又占了相当大的一部分。验证阶段大致上会完成下面4个阶段的检验动作：

   • 文件格式验证：检查格式，保证输入的字节流能正确地解析并存储于方法区之内，格式上符合描述一个java类型信息的要求。（魔数，版本……）
   • 元数据验证：检查语义，保证不存在不符合java语言规范的元数据信息。（父类，抽象类……）
   • 字节码验证：检查逻辑，整个验证过程中最复杂的一个阶段，通过数据流和控制流分析，确定程序语义是合法的、符合逻辑的，以保证被校验类的方法在运行时不会做出危害虚拟机安全的事件.（逻辑验证）
   • 符号引用验证：对类自身以外的信息进行匹配性校验，确保解析动作能正常执行。
3. 准备：
   正式为类变量分配内存并设置类变量初始值，这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。（实例变量将会在类实例化的时候初始化）但是如果类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性，准备阶段变量值就会初始化为ConstantValue属性指定的值。例如 public static final int value = 123;
4. 解析：
   解析阶段是在虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。

5. 初始化：
   执行类构造器< client >()方法的过程。

   1.< clinit >()方法是由编译器自动收集类中的所有类变量的赋值动作和静态语句块(static{}块)中的语句合并产生的，编译器收集的顺序是由语句在源文件中出现的顺序决定的。静态语句块只能访问到定义在静态语句块之前的变量，定义在它之后的变量，在前面的静态语句块中可以赋值，但是不能访问。

   public class Test {static{    i = 0;//赋值可以通过    System.out.println(i);//这句话提示非法引用。}static int i = 1;}

   2.方法与实例构造器< init>()不同，不需要显示的调用父类构造器，虚拟机会保证在子类的< clinit>()方法执行之前，父类的< clinit>()已经执行完毕。

   public class Test {public static void main(String[] args) {    System.out.println(Sub.B);}static class Parent{    public static int A = 1;    static{         A= 2;    }}static class Sub extends Parent{    public static int B = A;}}//2

   3.< clinit>()方法对于类或接口来说不是必须的，如果一个类中没有静态语句块也没有对变量的赋值操作，那么编译器可以不为这个类生成< clinit>()方法。
   4.执行接口的< clinit>()不需要先执行父接口的< clinit>()方法，只有当父接口中定义的变量被使用时，父接口才会被初始化。接口的实现类在初始化时也不会执行接口的< clinit>()方法。

   5.虚拟机会保证一个类的< clinit>()方法在多线程环境中被正确的加锁和同步，如果多个线程同时去初始化一个类，则只会有一个线程去执行这个类的< clinit>()方法，其他线程需要阻塞等待

案例分析：

package san;public class Demo {    public static void main(String[] args) {        A a = new A();        System.out.println(A.width);    }}class A{    public static int width = 100;    static{        System.out.println("静态初始化类A");        width = 300;    }    public A(){        System.out.println("创建A对象");    }}

1.加载主类Demo到方法区中，并将Demo的运行时数据加载到方法区中
2.在堆中形成一个java.lang.class对象代表Demo(反射调用时使用的理念)
3.将A的信息加载到方法区，并将A的运行时数据加载到方法区中
4.在堆中形成一个java.lang.class对象代表A(反射调用时使用的理念)
5.加载完成，执行main()方法，在栈中形成一个main方法栈帧,A a = null;。
6.执行new A(),在栈中形成一个A（）的方法帧栈。
7.在堆中生成一个A对象，地址赋值给a，此时a拥有A对象的地址。
8.输出A.width调用方法区中的数据。