虚拟机类加载机制

虚拟机如何加载Class文件？

Class文件中的信息加载到虚拟机后会发生什么变化？

虚拟机的类加载机制：虚拟机把描述类的数据熊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使用的Java类型。

在Java语言中，类型的加载、连接和初始化过程都是在程序运行期间完成的，这样虽然会令类型加载时稍微增加一些性能开销，但是却会为java应用程序提高高度的灵活性。java里天生可以动态扩展的语言特性就是依赖运行期动态加载和动态连接这个特点实现的。

类的生命周期包括：加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载

某些情况下解析阶段可以在初始化阶段之后再开始，这是为了支持java语言的运行时动态绑定。

Java虚拟机规范严格规定了有且只有5种情况必须立即对类进行“初始化”（加载、验证、准备自然需在此前开始）：

1.遇到new、getstatic、putstatic、invokestatic这4条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则需要先触发使其初始化。生成这4条指令最常见的的java代码场景：使用new关键字实例化对象、读取或设置一个类的静态字段（被final修饰、已在编译期把结果放入常量池的除外）、调用一个类的静态方法。

2.使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行过初始化，则需先触发使其初始化。

3.当初始化一个类的时候，如果其父类还没有进行初始化，则先触发其父类的初始化。

4.当虚拟机启动时用户需要指定一个要执行的主类，虚拟机会先初始化这个主类。

5.当使用JDK1.7的动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandel实例最后的解析结果对应REF_putStatic.REF_getStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行初始化，则需先触发使其初始化。

以上五种行为成为对一个类进行主动引用。除此之外，所有引用类的方式都不会触发初始化，称为被动引用。

/**

通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化

*/

public class SuperClass {

static {

System.out.println("superclass init!");

}

public static int value=123;

}

public class SubClass extends SuperClass{

static{

System.out.println("subclass init!");

}

}

public class NotInitialization {

public static void main(String[] args){

System.out.println(SubClass.value);

}

}

输出结果：

对于静态字段，只有直接定义这个字段的类才会初始化

/**

*通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化

*/

public class NotInitialization {

public static void main(String[] args){

SuperClass[] sca=new SuperClass[10];

}

}

输出结果：

没有输出。

/**

*常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用到定义常量的类，因此不会触发定义常量的类的初始化

*/

public class ConstClass {

static{

System.out.println("ConstClass init!");

}

public static final String HELLO="hello";

}

public class NotInitialization {

public static void main(String[] args){

System.out.println(ConstClass.HELLO);

}

}

输出结果：

接口的初始化过程，场景3与类有所区别：接口在初始化时，并不要求其父类全部都已经初始化了。只有在真正使用到父接口时才会初始化。

类加载过程

类加载，包括加载、验证、准备、解析和初始化这5个阶段。

加载阶段，虚拟机完成三件事：

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。

验证 是连接的第一步，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需求，并且不会危害虚拟机自身的安全。

验证阶段主要包括以下几方面：

1.文件格式验证

验证字节流是否符合Class文件格式的规范

2.元数据验证

对字节码描述的信息进行语义分析，以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求。

该类是否有父类

父类是否继承了不被允许继承的类

如果不是抽象类是否实现了其父类或者接口中所要求实现的所有方法

类中的字段、方法是否与父类产生了矛盾

。。。。。。

3.字节码验证

通过数据流和控制流分析，确定程序语义是合法的复合逻辑的。这个阶段将对类的方法进行校验分析，保证其在运行时不会做出危害虚拟机安全的事件。

4.符号引用验证

对类自身以外的信息进行匹配性校验，确保解析动作能够正常执行。

准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量（static变量）初始值（非程序中赋给变量的值）阶段。这些变量所用的内存都将在方法区中进行分配。

例如：public static int value=123；准备阶段后value的值为0而不是123（int类型的初始值为0）。

public static final int value=123；类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性，准备阶段value初始化就会被初始化为ConstantValue属性所指定的值123.

数据类型零值数据类型零值int0booleanfalselong0Lfloat0.0fshort（short）0double0.0dchar‘\u0000’referencenullbyte(byte)0  

解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程

略

初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法的过程

从机器的角度来看，只存在两种不同的类加载器：启动类加载器（虚拟机的一部分）和其他的类加载器（独立于虚拟机外部）。

类加载器双亲委派模型：

类加载器之间的这种层次姑息，称为类加载你的双亲委派模型。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器之外，其余的类加载器都当有自己的父类加载器。这里的父子关系一般都是通过组合关系来复用父类加载器的。

双亲委派模型的工作过程：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是委派给父类加载器去完成，每一层次的类加载器都如此，因此所有的加载请求最终都是传送到顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求，子加载器才会尝试自己去加载。

好处：Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。例如类java.lang.Object，它存放在rt.jar中，无论哪个加载器要加载这个类，最终都是委派给启动类加载器，因此Object类在程序中的各种加载器环境中都是同一个类。如果没有双亲委派模式，各个类加载器自行去加载的话，如果用户编写了一个称为java.lang.Object类并放在程序的ClassPath中，那么系统将会出现多个不同的Object类，Java类型体系中最基础的行为也无法保证，应用程序将会一片混乱。