浅析虚拟机的类加载机制

定义

• 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，这就是虚拟机的类加载机制。（这里的Class文件指的是一串二进制的字节流）

类加载的时机

• 生命周期包括：加载，验证，准备，解析，初始化，使用和卸载
• 对类进行初始化的5种情况：
  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，会先触发其初始化。也就是使用new关键字实例化对象，读取或设置一个类的静态字段时（被final修饰，已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外），以及调用一个类的静态方法时。
  2）使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行初始化，需先触发其初始化。
  3）当初始化一个类时，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需先触发其父类的初始化。
  4）当虚拟机启动时，用户指定一个要执行的主类（main方法所在的类）虚拟机会先初始化这个类。
  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的方法的句柄，并且这个方法的句柄所对应的类没有进行过初始化，需先触发其初始化。
  **以上5种称为主动引用，除此之外，所有引用类的方式都不会触发其初始化，称为被动引用。
  **接口的加载过程稍有不同，与类加载的第3种区别：当一个类在初始化时，要求其父类全部都已初始化过了，但接口在初始化时，并不要求其父接口全部完成初始化，只有在真正使用父接口的时候才会初始化。（如引用接口中定义的常量）

类加载的过程

• 加载
  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。
  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。
• 数组类型的加载规则：
  -数组类本身不通过类加载器创建，由java虚拟机直接创建。但数组类的元素类型（去掉所有维度的类型）最终要靠类加载器去创建。
  1）如果数组的组件类型是引用类型，那就递归采用上述加载过程去加载这个组件类型，数组将在加载该组件类型的类加载器的类名称空间上被标识（一个类必须与类加载器一起确定唯一性）
  2）如果数组的组件类型不是引用类型，java虚拟机将会把数组标记为与引导类加载器关联。
  3）数组类的可见性与它的组件类型的可见性一致，如果组件类型不是引用类型，那数组类的可见性默认为public。

• 验证
  -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要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。
  1）文件格式验证（是否符合Class文件格式的规范）
  这阶段的验证是基于二进制字节流进行的，只有通过了这个阶段的验证之后，字节流才会进入内存的方法区中进行存储，所以后面的三个验证阶段全部都是基于方法区的存储结构进行的，不会再直接操作字节流。
  2）元数据验证
  第二阶段的主要目的是对类的元数据信息进行语义校验，保证不存在不符合java语言规范的元数据信息。
  3）字节码验证
  这是整个验证过程最复杂的阶段，主要目的是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。
  4）符号引用验证
  本阶段的校验发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候，这个转化动作将在连接的第三个阶段–解析阶段发生。符号引用校验可以看做是对类自身以外的信息进行匹配性校验。

• 准备
  -准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些变量使用的内存都将在方法区中进行分配。这里的内存分配仅包含类变量，不包括实例变量，实例变量将会在对象实例化的时候随对象在堆中分配。这里所说的初始值“通常情况”下是数据类型的零值。例
  -public static int value = 123;
  变量在准备阶段后的初始值是0而不是123，把value赋值为123的动作将在初始化阶段才会执行。若：
  public static final int value = 13;
  编译时javac将会为value生成ConstantValue属性，在准备阶段虚拟机就会ConstantValue的设置将value赋值为13。

• 解析
  解析就是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符7类符号引用进行。
• 初始化
  类初始化阶段是类加载过程的最后一步；初始化阶段是执行类构造器()方法的过程。
  *静态语句块只能访问到定义在它之前的变量，定义在它之后的变量，在前面的静态语句块可以赋值，但不能访问。