Java虚拟机——类的结构与加载

概述

类加载：将类从class文件加载到内存中，并且对字节码进行校验、准备、解析和初始化，最终转换为可以被JVM直接使用的Java类型。

类加载的过程

加载——验证——准备——解析——初始化——使用——卸载

准备

虚拟机在准备阶段为类变量（static修饰）分配内存，并设置类变量的初始值。这些内存是在哪里分配的？堆里？答案是方法区。

而实例变量则是在初始化阶段随对象一起分配在堆内存。而且这里要注意private static int a = 1;在准备阶段，a为0而不为1，在初始化阶段，a才被赋为1

解析

解析阶段是将 常量池中的符号引用替换为直接引用

初始化

遇到下列4种情况，必须对类进行初始化

（1）有new、getstatic、putstatic、invokestatic

（2）反射调用时，如果类没有初始化，就必须首先对类初始化

（3）初始化一个类时，如果父类没有被初始化，就首先对父类进行初始化。

（4）虚拟机启动时需要指定一个主类（main方法所在的类），虚拟机必须首先对其初始化

监控类的加载

-XX:+TraceClassLoading

被动引用不会触发类的初始化

（1）子类引用父类的静态字段，不会引起子类的初始化

class Father{

    public static int a = 1;

    static{
        System.out.println("father");
    }

}

class Son extends Father{

    public static int b = 2;

    static {
        System.out.println("son");
    }

}

public class ClassLoaderDemo {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Son.a);
    }

}

原因是，该静态变量虽然是子类引用，但底层还是属于父类的。

（2）通过数组定义引用类，不会触发类的初始化

public class ClassLoaderDemo {

    public static void main(String[] args) {
        Father[] fathers = new Father[10];
    }

}

只加载，并未初始化。

（3）常量在编译的阶段会存入调用类的常量池中，本质上没有直接引用到定义常量的类，因此不会触发定义常量类的初始化

class Father{

    public static final int a = 1;

    static{
        System.out.println("father");
    }

}

public class ClassLoaderDemo {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Father.a);
    }

}

对象占用空间计算

dir

类加载器

运行期间动态加载

JVM对class文件并不是全部加载，而是按需加载，需要的时候才会加载进来。

启动时加参数-verbose:class，打印类加载顺序。

class A{
    static {
        System.out.println("A");
    }
}
public class ClassLoaderDemo2 {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(String.valueOf("test"));
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        A a = new A();
    }

}

运行结果，会发现只有当执行到new A()是，A类才会被加载进来。

双亲委派机制

先委托父类加载器寻找目标类，在找不到的情况下，在自己的路径中查找目标类。

是否可以创建一个全限定名相同的String类

不可以。当AppClassLoader加载该String时，判断java.lang.String已经加载，便不会再次加载。所以执行的依旧是jdk中的String，但是系统的java.lang.String中没有main()方法，所以会报错。这是一种安全机制。

package java.lang;

public class String {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("test");
    }

}

异常信息如下

那么String是由哪个加载器加载的？

打印为null，说明是启动类加载器加载的，由于该加载器是C++实现，所以返回null。

public class ClassLoaderDemo2 {

    @Test
    public void testStringClassLoader(){
        // 打印为null，说明是启动类加载器加载的，由于该加载器是C++实现，所以返回null
        System.out.println(String.class.getClass().getClassLoader());
    }

}

启动类加载器（Bootstrap CLassLoader）

无法被Java程序直接引用。它属于JVM内部使用的类加载器，既没有上级类加载器，也没有下级类加载器，因此不遵守ClassLoader的上级委托机制，只能算是JVM的一个类加载工具。

扩展类加载器（Extension CLassLoader）

应用程序类加载器（Application CLassLoader）

1、为什么Java可以跨平台

因为有java虚拟机，跨平台是因为字节码即class文件具有平台无关性，java代码会经过java虚拟机转换为字节码

2、class文件的结构

class文件主要是以8位字节码为基本单位的二进制文件，主要的存储方式是以类似于c语言的结构体来存储，其中的两种基本类型为无符号数和表，其中表中又会有其他的表和一些无符号数。就好比结构体中有一些变量，还有一些其他的结构体

class文件的不同位置是固定的，第一个字节码是魔数，紧接着是次版本、主版本、常量池变量数，常量池变量表.......

<dependency>
            <groupId>org.apache.lucene</groupId>
            <artifactId>lucene-core</artifactId>
            <version>4.0.0</version>
</dependency>

//计算指定对象及其引用树上的所有对象的综合大小，单位字节

long RamUsageEstimator.sizeOf(Object obj)

//计算指定对象本身在堆空间的大小，单位字节

long RamUsageEstimator.shallowSizeOf(Object obj)

//计算指定对象及其引用树上的所有对象的综合大小，返回可读的结果，如：2KB

String RamUsageEstimator.humanSizeOf(Object obj)

public class A {

    static{
        System.out.println("A");
    }

}

public class B extends A{

    static{
        System.out.println("B");
    }

}