虚拟机类加载机制

参考：深入理解Java虚拟机

虚拟机的类加载机制：

  虚拟机把描述类的数据从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

一 类加载时机

  生命周期：加载（Loading），验证（Verification），准备（Preparation），解析（Resolution），初始化（Initialization），使用（Using），卸载（Unloading）

五种情况必须立即对类进行“初始化”（而加载，验证，准备自然需要在之前开始）

  1.遇到new，getstatic，putstatic或invokestatic这4条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则需要先出发初始化。

    4条指令的常见的Java代码场景是：使用new关键字实例化对象，读取或设置一个类的静态字段，调用一个类的静态方法

  2.使用java.lang.reflect包的方法对类惊醒反射调用的时候，如果类没有进行过 ，则需要先出发初始化

  3.当初始化一个类时候，如果发现父类还没有进行过初始化则需要先出发其父类的初始化

  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.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getStatic，REF_putStatic，REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先出发其初始化

二 类加载过程

加载阶段需要完成三个步骤

  1.通过一个类的全限定名来获取定义此

  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

验证过程

  1.文件格式验证

  2.元数据验证

  3.字节码验证

  4.符号引用验证

准备过程

  正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。

  这时候进行内存分配的仅包括类变量（被static修饰的变量），不包括实例变量，实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在Java堆中

  初始值“通常情况”下是数据类型的零值，如果属性表中存在ConstantValue属性，则会初始化定义值 例如 public static final int value=123; 赋值为123

解析过程

  是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程

  符号引用：以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面常量，只要使用时能武器以地定位到目标即可。与虚拟机实现的内存布局无关

  直接引用：直接指向目标的指针，相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。和虚拟机实现的内存布局相关

  1.类或接口的解析

  2.字段的解析

  3.类方法解析

  4.接口方法解析

初始化过程

  真正开始执行类中定义的Java程序代码，是执行类构造器<clinit>()方法的过程。

  <clinit>()方法是有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。

  <clinit>()方法与类的构造函数不同，它不需要显示调用父类构造器，虚拟机会保证在子类的<clinit>()方法执行前，父类的<clinit>()方法已经执行完毕。第一个<clinit>()肯定是java.lang.Object方法的

  <clinit>()方法对于类或者接口来说并不是必须的，如果没有静态语句块也没有对变量的赋值操作，则不会生成<clinit>()方法

  接口中不能使用静态语句块，但仍然有变量初始化的赋值操作，接口和类都会生成<clinit>()方法。

  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，同步，如果多个线程同时去初始化一个类，那么只会有一个线程去执行这个类的<clinit>()方法。

三 类加载器

  相同的类由不同的类加载器加载是不相等的。虚拟机角度有两类类加载器：一种是启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），这个类加载器使用C++语言实现，是虚拟机自身的一部分；另一种是所有其他的类加载器，这些类加载器都是有java语言实现，独立于虚拟机外部，并且全部都继承自抽象类java.lang.ClassLoader。

 

类加载器双亲委派模型：这里类加载器之间的父子关系一般不会以继承（Inheritance）的关系实现，而是使用组合（Composition）关系来服用父加载器的代码。

  1.启动器类加载器（Bootstrap ClassLoader）

    这个类加载器负责将存放在<JAVA_HOME>\lib目录中的，或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中的，并且是虚拟机识别的类库加载到虚拟机内存中。

  2.扩展类加载器（Extension ClassLoader）

    这个加载器有sun.misc.Lanuncher$ExtClassLoader实现，它负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录中的，或者被java.ext.dir系统变量所指定的路径中的所有类库，开发者可以直接使用扩展类加载器

  3.应用程序类加载器（Application ClassLoader）

    这个加载器有sun.mic.Launcher$AppClassLoader实现。这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值。它负责加载用户类路径（ClassPath）上所制定的类库，开发者可以直接使用这个类加载器，是程序中默认的类加载器。

  双亲委派模型工作过程：如果一个类加载器收到类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类的加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此如果所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中，只有当父类加载器反馈自己无法完成这个加载请求（搜索范围找不到）时，子加载器才会尝试自己。