Jvm之class文件的加载、初始化

编写的java文件在要真正运行时，会首先被编译成 “.class"结尾的二进制文件，然后被虚拟机加载。那么在虚拟机中一个class文件要成为java实例，需要经历好几个步骤：

一、class文件要成为java实例的步骤

1、装载：装载阶段由三个基本动作完成，要装载一个类型，java虚拟机必须：

（1）通过该类型的完全限定名，产生一个代表该类型的二进制数据流

（2）解析这个二进制数据流为方法区内的内部数据结构

（3）创建一个表示该类型的java.lang.Class的实例

***当时用new关键字创建一个对象时，该类的数据结构存放在方法区中，new出的对象存放在堆中

二进制的数据流可由以下方式产生：

1、从本地加载一个java class 文件

2、通过网络上下载一个class文件

3、从一个zip、jar、或者其他文档中提取class文件    等…

2、验证：类被装载后，就要准备连接，连接的第一步是验证——确认类型符合java语言规范，并且不会危及虚拟机的完整性。

类型的检查——确保除了Object之外的每个类都必须有一个超类，并确保该类的所有超类都已经被装载了

类之间的二进制兼容检查——检查final类不能用于子类、检查final类的方法不能被覆盖、确保子类和超类之间没有不兼容的方法

——检查所有的常量池入口相互之间一致

——检查常量池中的所有特殊字符串是否符合格式

——检查字节码的完整性（最为复杂的一步）

3、准备：在准备阶段java虚拟机为类变量分配内存，设置默认初始值，但在到达初始化之前，类变量都没有被初始化为真正的初始值。即：我们在类中声明  int  a = 3;但在这一步，a的致被赋予类型的默认值 0  int a =0;java虚拟机不支持boolean 类型，在内部，boolean变量会被默认的设置为int类型的0，即初始化成false.

4、解析：经过验证和准备之后，就进入了解析过程。解析就是在类型的常量池中寻找类、接口、字段、以及方法的符号引用，把这些引用替换成为直接引用的过程

5、初始化：初始化就是赋予一个变量真正的初始值

如我们定义 private static int a=1; 此时就是给a赋值1

二、动态链接和解析

class文件把所有的符号引用保存在——常量池中，每一个 class文件都有一个常量池。每一个被虚拟机装载类或者接口 都有一个内部版本的常量池，被称为运行时常量池。

常量池的解析——当程序运行时，某个特定的符号引用要被使用， 首先要被解析。解析过程就是根据 符号引用查找到实体， 在把符号引用替换成为 直接引用的过程。每个符号引用都只被解析一次

早解析——预先解析所有的符号引用，从初始类开始，到后续的各个类，知道所有的符号引用都被解析。

迟解析——在访问每一个符号引用的最后一刻才去解析。（也可选择两种情况之间的折衷策略）

——程序执行都是在第一次 实际访问一个符号引用时才会抛出错误，对于用户来说，看上去都是 迟解析

——java虚拟机会把所有具有相同字符串顺序的字符串文字处理成一个String对象。即：如果有多个类使用同一个字符串“Hello”,java虚拟机只会创建一个具有“Hello ”值的String对象 来表示所有的字符串文字。

——任何的byte、short、char的值在被压入栈中时， 都会先被转换成int型

——涉及byte、short、char的运算操作会首先把他们都转换成int类型，进行计算然后得到int结果，如果需要byte等结果，需要进行显示转换。

——java虚拟机中内存只能以对象形式在堆中进行分配，如果需要可考虑基本类型包装器

——java所使用的同步机制是监视器，java中的监视器支持两种线程：互斥和协作。java虚拟机是通过锁来实现互斥，是通过Object的wait和notify方法来实现协作

——只有当绝对确定等待区中只有一个线程挂起的时候才应使用notify，只要存在同时有多个线程挂起的可能性，就应该使用notify all。否则可能导致某个特定的线程在等待区中等待时间过长，甚至永远就不会苏醒。

——堆和方法区是被所有线程共享的

——会被多线程访问的两种数据：保存在堆中的实例变量，保存在方法区中的类变量

——不需要进行保护的变量：java栈中的局部变量，该数据是拥有该线程的线程私有的

——当虚拟机装载一个class文件的时候，会创建一个java.lang.Class类的实例。当锁住一个类的时候，其实就是锁住那个类的Class对象。

三、jvm内置的三大类加载器

BootStrap类加载器(BootStrapClassLoader)：根类加载器。该加载器没有父加载器，负责加载虚拟机的核心类库，如:java.lang.*等，java.lang.Object就是由根加载器加载的

Extension 类加载器(ExtClassLoader)：它的父加载器为根加载器，也就是上面那个。它从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库，或者从jdk的安装目录jre/lib/ext子目录中加载类库。该类是纯java类是lava.lang.ClassLoader类的子类

System系统类加载器(AppClassLoader)，也称为应用类加载器，其父加载器为扩展类加载器，上面那个。它从环境变量classpath中多指定的目录中加载。它是用户自定义类加载器的默认父加载器，该类是纯java类是lava.lang.ClassLoader类的子类

**注意:使用Class.forName("com.test.Test1")XM申请代理http://www.kaifx.cn/broker/xm.html，进行类装载时，会自动执行类中的静态代码块，但不会执行构造方法

使用loadClass("com.test.Test1")进行装载时，不会自动执行其中的静态代码块，也不会执行构造方法

***：同一个类，由两个不同的类加载器去加载，会被认为是两个不相同的类，在方法区中会有两份该类的类信息

只有使用启动类加载器加载的类，比如：java.lang.Strong、java.lang.Object 等类，在方法区中只有一份类信息。

判断两个类是否相等的基础是，这两个类的类加载器是不是同一个

初始化：对于类的初始化阶段，虚拟机规范规定了5种情况下必须立即对类进行初始化

1、遇到new、getstatic、putstatic、invokestatic这四条字节码指令时，如果类之前没有进行过初始化会进行初始化。这四条字节码对应的是：new 实例、静态字段取值、静态字段赋值、静态字段调用。

2、使用java.lang.refleat包的方法进行反射调用

3、当初始化一个类时，如果发现其父类还没有被初始化，需要先初始化其父类

4、当虚拟机启动，需要执行main方法的类

5、当使用LDK1.7的动态预言支持时，如果一个java.lang.invole.MethodHandle实例的最后解析结果是REF_getStatic,REF_putStatic,REF_invokeStatic的方法句柄。

以下几种情况需要注意：

1、对于静态字段，只有直接定义这个字段的类或者接口才会被初始化，如果是通过子类引用父类中的静态字段，只会触发父类的初始化。

2、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类的常量，因此不会触发定义常量的类的初始化。备注：只有编译器能确定之的常量才会进行该操作，编译器无法确定的常量值，还是会触发目标类的初始化。

例如：public static final String uuid = UUID.randomUUID().toString();  这行代码，当其他类在引用uuid时，会触发定义该uuid的类的初始化

3、通过数组定义来引用类，不会触发类的初始化 例如： Super[ ] s = new Super[10]; 这行代码并不会触发Super类的初始化

4、当一个接口初始化的时候，并不要求其父接口也被初始化，只有真正使用到父接口的时候才会初始化。

四、case class与class的区别

1、初始化的时候，不需要new，当然你也可以加上，普通类一定需要加上new

class ABC(name:String){

def ff(): Unit ={

}

}

case class ABC1(name:String){

def ff1(): Unit ={

}

}

val abc1=ABC1("fg")

val abc= new ABC("xx")

2、toString的实现更加漂亮

println(abc1.toString)

println(abc.toString)

3、默认实现了equals   hashcode

4、默认是可以序列化的，也就是实现了Serializable

5、自动从scala.Producet中继承了一些函数

6、case class构造函数的参数是publiec级别的，我们可以直接访问

7、支持模式匹配