java类加载器学习笔记

复习下ClassLoader（类加载器）是相关知识

类加载器classloader：用于编译java文件为class文件，将class文件装载到内存里面。
贴一个有意思的代码，据说程序员们都会犯的一个错误

/* *执行结果为 *count1=0 *count2=1 */class Singleton {private static Singleton singleton = new Singleton();public static int count1;public static int count2=0;public Singleton() {count1++;count2++;}public static Singleton getInstance() {return singleton;}}public class Test {public static void main(String[] args) {Singleton s1 = Singleton.getInstance();System.out.println("count1=" + Singleton.count1);System.out.println("count2=" + Singleton.count2);}}

再看另外一段代码：

/* *执行结果为： *count1=1 *count2=1 */class Singleton {public static int count1;public static int count2 = 0;private static Singleton singleton = new Singleton();public Singleton() {count1++;count2++;}public static Singleton getInstance() {return singleton;}}public class Test {public static void main(String[] args) {Singleton s1 = Singleton.getInstance();System.out.println("count1=" + Singleton.count1);System.out.println("count2=" + Singleton.count2);}}

一个程序的终止可以分为以下几种情况：

1. .system.exit()程序终止0是正常退出，其他是异常退出
2. .程序正常执行结束
3. .遇到了异常或者错误导致非正常退出
4. （一直throw会到main再到jvm）
5. .os出现错误或者异常

1、类的加载、连接和初始化

加载：查找并加载类的二进制数据

连接：

       验证：确保被加载的类的正确性

       准备：为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值

       解析：将类中的符号引用转化为直接引用
初始化：为类的静态变量赋值正确的初始化，显式赋值（静态变量属于该类，不属于任何一个对象）

2、Java程序对类的使用可以分为两种

主动使用、被动使用

所有的java虚拟机实现必须在每个类或接口被java程序首次主动使用时才初始化

3、主动使用的六种情况

• 创建类的实例
• 访问某个类的接口或类的静态变量，或者对该静态变量赋值Test.a=b;b=Test.a;
• 调用类的静态方法
• 反射class.forName("test");
• 初始化一个类的子类，对父类的主动使用
• java虚拟机启动时候，java Test
• 其他情况看做被动，都不会导致类的初始化

4、类的加载

类的加载指的是将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在堆区建一个java.lang.Class对象，用来封装类在方法区内的数据结构。类的加载的最终产品是位于堆区中的Class对象

Class对象封装了类在方法区内的数据结构，并且向Java程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口（class是反射的入口）。

5、加载.class文件的方式

• 从本地系统中直接加载
• 通过网络下载.class文件
• 从zip,jar等归档文件中加载.class文件
• 从专有数据库中提取.class文件
• 将java源文件动态编译成.class

6、有两种类型的类加载器

Java虚拟机自带的加载器

•  根类加载器（Bootstrap)
•  扩展类加载器（Extension)
•  系统类加载器（System)  也叫应用加载器

用户自定义的类加载器java.lang.ClassLoader的子类，用户可以定制类的加载方式，如果类是由根类加载器加载的话，Class.getClassLoader()会返回null，比如Class.forName("java.lang.String").getClassLoader()得到的是null

类加载器不需要等到某个类被首次主动使用时再加载它，JVM规范允许类加载器在预料某个类将要被使用时就预先加载它，如果在预先加载的过程中遇到了.class文件缺失或存在错误，类加载器必须在程序首次主动使用该类时才报错误（LinkageError错误）。如果这个类一直没有被程序主动使用，那么类加载器就不会报告错误。

7、类的验证

类被加载后，就进入连接阶段。连接就是将已经读入到内存的类的二进制数据合并到虚拟机中的运行环境中去

  类的验证的内容：

  类文件的结构检查：确保类文件遵从java类文件的固定格式

  语义检查：确保类本身符合Java语法规定，比如验证final类型的类没有子类，以及final类型的方法没有被覆盖。

  字节码验证：确保字节码流可以被java虚拟机安全地执行，字节码流代表java方法（包括静态方法和实例方法），它是由被称作操作码的单字节指令组成的序列，每一个操作码后都跟着一个或多个操作数，字节码验证步骤会校验每个操作码是否合法，是否有合法的操作数二进制兼容性验证：确保相互引用的类之间协调一致，比Worker的gotoWork方法中调用

         Car类的run方法，Java虚拟机在验证Worker类的时候，会检查在方法去内是否存在run方法，假如不存在，会抛出NoSuchMethodError错误。

8、类的准备阶段

在准备阶段，Java虚拟机为类的静态变量分配内存，并设置默认的初始值

9、类的解析阶段

在解析阶段，Java虚拟机会把类的二进制数据中的符号引用替换为直接引用，例如Worker类的gotoWork方法中引用了Carl类的run方法，在Work类的二进制数据中包含了一个对Car类的run方法的符号引用，它由run方法的全名和相关描述符组成，在解析阶段，java虚拟机会把这个符号引用替换为一个指针，该指针指向Car类的run方法在方法区内的内存位置，这个指针是直接引用。

10、类的初始化阶段

        在初始化阶段，Java虚拟机执行类的初始化语句，为类的静态变量赋予初始值，

在程序中，静态变量的初始化有两种途径：

1. 在静态变量的申明处进行初始化
2. 在静态代码块中进行初始化。

11、类的初始化步骤

• a、如果类没有被加载和连接，先进行加载和连接
• b、类存在直接的父类，并且这个父类没有被初始化，先初始化直接的父类
• c、类中存在初始化语句，依次执行初始化语句

编译时常量不会对类进行初始化，非编译时常量会对类进行初始化

12、类的初始化时机

当Java虚拟机初始化一个类时，要求它的所有父类都已经初始化，但是这条规则不适用于接口，在初始化一个类时，并不会先初始化它所实现的接口。在初始化一个接口时，并不会先初始化它的父接口，因此，一个接口并不会因为他的子接口或者实现类的初始化而初始化，只有当程序首次使用特定接口的静态变量时，才会导致接口的初始化。只有当程序访问的静态变量或静态方法确实在当前类或接口中定义时，才可以认为对类或接口的主动使用调ClassLoader类的loadClass方法加载一个类，并不是对类的主动调用，不会导致类的初始化。

13、类加载器

类加载器用来把类加载到Java虚拟机中，类的加载过程采用父亲委托机制，这种机制能更好地保证Java平台的安全。在委托机制中，除了Java虚拟机自带的根类加载器以外，其余的加载器都有且只有一个父加载器。

14、java虚拟机自带一下几种加载器

根类加载器（Bootstrap): 该加载器没有父加载器。负责加载虚拟机核心库，如java.lang.*等。根类加载器从系统属性sun.boot.class.path所指定的目录中加载类库。根类加载器的实现依赖低层操作系统属于虚拟机实现的一部分，没有继承java.lang.ClassLoader类

扩展类加载器（Extension): 他的父类加载器为根类加载器，从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库，或从jdk的安装目录的jre/lib/ext子目录下加载类库，如果用户把jar包放入到这个目录下，也会自动由扩展类加载器加载。扩展类加载器是纯java类，是java.lang.ClassLoader的子类系统类加载器（System): 也称作应用类加载器，他的父类加载器为扩展类加载器，他从环境变量classpath、或者系统属性java.class.path所指定的目录中加载类，他是用户自定义的类加载器，

系统类加载器是纯java类，也是java.lang.ClassLoader类的子类。

15、自定义类加载器

除了以上虚拟机自带的类加载器以外，用户还可以定制自己的类加载器，java提供了抽象类java.lang.ClassLoader，所有用户自定义的类加载器应该继承自ClassLoader

16、父委托机制

父委托机制中，各个加载器按照父子关系形成树形结构，除了根类加载器以外，其余的类加载器有且只有一个父加载器。若有一个类加载器能够成功加载类，那么这个类加载器被称为定义类加载器，所有能够成功返回class对象引用的类加载器（包括定义类加载器）都被称为初始类加载器加载器之间的父子关系实际上指的是类加载器对象之间的包装关系，而不是类之间的继承关系。当生成一个自定义的类加载器实例时，如果没有指定他的父类加载器，那么系统类加载器将称为该类加载器的父加载器。

17、父委托机制的有点

能够提高软件系统的安全性。因为在此加载机制下，用户自定义的类加载器不可能加载应该由父加载器加载的可靠类，从而防止不可靠甚至恶意的代码替代由父加载器加载的可靠代码。

18、命名空间

每个类加载器都有自己的命名空间，命名空间由该类加载器及所有父加载器所加载的类组成在同一个命名空间中，不会出现类的完整名字相同的两个类；在不同的命名空间中，可能会出现类的名字相同的两个类。

19、运行时包

由同一个类加载器加载的属于相同包的类组成了运行时包，决定两个类是不是属于同一个运行时包，不仅要看他们的包名是否相同，还可以定义类加载器是否相同。只有属于同一运行时包的类才能相互访问包可见的类和类成员。这样的限制能避免用户自定义的类冒充核心类库的类，去访问核心库的包可见成员。