java虚拟机类加载

java虚拟机中类的加载

　　　　　　　　　　　　（JVM的大致结构图）

从发class文件到内存中的类，按先后顺序，需要经过加载，链接以及初始化三大步骤。

java语言的类型可分为两大类：基本类型（primitive type）和引用类型(references type)

基本类型：是由java虚拟机预先定义好的。

引用类型：Java将其细分为四种，类、接口、数组类和泛型参数。

由于泛型参数会在编译过程中被擦除（泛型类型在逻辑上可以看成是多个不同的类型，实际上都是相同的基本类型。），因此Java虚拟机实际上只有前三种。在类、接口和数组类中，数组类是由java虚拟机直接生成的，其他两种则有对应的字节流。

字节流：最常见的形式要属由Java编译器生成的class文件。除此之外，我们也可以在程序内部直接生成，或者从网络中获取字节流。这些不同形式的字节流，都会被加载到java虚拟机中，称为类或者接口。

无论是直接生成的数组类，还是加载的类，java虚拟机都要对其进行链接和初始化。

加载

加载是指查找字节流，并且据此创建类的过程。对于类来说，java虚拟机需要借助类加载器来完成查找字节流的过程。

当JVM启动时，会形成由三个类加载器组成的初始类加载器层次结构：

1、启动类加载器（BootstrapClassLoader）：是嵌在JVM内核中的加载器，它是由C++实现的，没有对应的java对象，因此在java中只能用null来代替。它主要负责加载JAVA_HOME/lib下的类库，启动类加载器无法被应用程序直接使用。

除了启动类加载器外，其他的类加载器都是java.lang.ClassLoader的子类，因此有对应的java对象。这些类加载器需要先由另一个类加载器，比如说启动了加载器，加载至java虚拟机中，方能执行类加载。

在Java9之前，启动类加载器负责加载最为基础，最为重要的类，比如存放在jre的lib目录下的jar包（以及由虚拟机参数-Xbootclasspath指定的类）。除了启动类加载器之外，另外两个重要的类加载器是扩展类加载起（extension class loader）和应用类加载器（application class loader），均由java核心类库提供。

2、扩展类加载器（extension class loader）：其父类是启动类加载器，他负责加载相对次要、但又通用的类，比如存放在jre的lib/ext目录下的jar包中的类（以及由系统变量java.ext.dirs指定的类）。

3、应用类加载器（application class loader）：其父类是扩展类加载器，它负责加载用用程序下的类。（这里的应用程序路径，便是指虚拟机参数-cp/-classpath、系统变量CLASSPATH所制定的路径。）默认情况下，应用程序中包含的类是由应用类加载器加载的。

java9引入了模块系统，，并且略微更改了上述的类加载器，扩展类加载器被改名为平台类加载器（platform class loader）。Java SE 中除了少数几个关键模块，比如说、java.base是由启动类加载器加载之类，其他的模块均由平台加载器所加载。

除了java核心类库提供的类加载器之外，我们还可以加入自定义的加载器，来实现特殊的加载方式。举个例子，我们可以对class文件进行加密，加载时再利用自定义的类加载最其解密。

除了加载功能之外，类加载器还提供了命名空间的作用。在java虚拟机中，类的唯一性是由类加载器实例以及类的全名一同确定的。即便是通一串字节流，经由不同的类加载器加载，也会得到两个不同的类。在大型应用中，我们往往会借助这一特性，来运行同一个类的不同版本。

链接

链接是指将创建成的类合并至java虚拟机中，使之能执行的过程。它可以分为验证、准备及解析三个阶段。

验证：确保被加载的类能够满足java虚拟机的约束条件，检验被加载的类是否有正确的内部结构，并和其他类协调一致。

准备：为被加载类的静态字段分配内存，并设置默认初始值。

解析：将类中的二进制数据中的符号引用替换成直接引用（final修改的常量的替换）。

JVM并没有要你在链接过程中完成解析，它仅规定了：如果某些字节码使用了符号引用，那么在执行这些字节码之前，需要完成对这些符号引用的解析。

初始化

在java代码中如果要初始化一个静态字段，我们可以在声明时直接赋值，也可以在静态代码块中对其赋值。

如果直接赋值的静态字段被final修饰，并且他的类型是基本类型或字符串时，那么该字段便会被java编译器标记为常量值（ConstantValue），其初始化直接被java虚拟机完成。除此之外的直接赋值操作以及所有静态代码块中的代码，则会被java编译器置于同一方法中，并把它命名为<clinit>。

类加载的最后一步是初始化，便是为标记为常量值的字段赋值，以及执行<clinit>方法的过程。java虚拟机会通过加锁来确保类的<clinit>方法仅被执行一次。

只有当初始化完成之后，类才正式称为可执行的状态。

JVM初始化一个类分为几步：

1、假如这个类还没有被加载和链接，程序先加载并链接这个类。

2、假如该类的直接父类还没有被初始化，则先初始化其直接父类。

3、假如类中有初始化语句，则依次执行其初始化语句。

类的加载和初始化何时被触发

1、当虚拟机启动时，初始化用户指定的主类。（直接使用java.exe命令来运行某个主类）

2、创建类的实例（new方法）。

3、调用某个类的静态方法，初始化该静态方法所在的类。

4、访问某个类或接口的静态属性，初始化该静态属性所在的类。

5、使用反射机制来创建某个类或接口的对应java.lang.Class对象（Class.forName("Person")），初始化这个类。

6、子类的初始化会触发父类的初始化。

7、如果一个接口定义了default方法，那么直接实现或间接实现该接口的类的初始化，会触发该接口的初始化。

8、当初次使用MehodHandle实例时，初始化该MehodHandle指向的方法所在的类。

注：此文为极客时间郑雨迪专栏，java虚拟机讲解及自己查资料的学习总结。郑雨迪《深入拆解Java虚拟机》很不错。