深入理解JVM(七)JVM类加载机制

7.1JVM类加载机制

　　虚拟机把数据从Class文件加载到内存，并且校验、转换解析和初始化最终形成可以被虚拟机使用的Java类型，这就是虚拟机的类加载机制。

7.2类加载的时机

　　1.类加载的步骤开始的顺序：加载(Loading) -> 验证(Verification) -> 准备(Preparation) -> 解析(Resolution) -> 初始化(Initialization) -> 使用(Using) -> 卸载(Unloading) ，验证、准备、解析的过程称为链接，而加载、验证、准备、初始化和卸载的执行的开始顺序是确定的，而解析可能在初始化之后开始；

　　2.关于初始化阶段，有5种情况需要立即进行初始化：

　　　　(1)遇到这四个字节码指令时：new、getstatic、putstatic、invokestatic，如果类未进行过初始化，那么进行初始化，这几个字节码指令所在场景：new对象、调用类的静态属性、调用类的静态方法；

　　　　(2)使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用时，如果未进行过初始化，那么进行初始化；

　　　　(3)当初始化一个类时，其父类未进行初始化时，对其父类进行初始化；

　　　　(4)虚拟机启动时需要初始化一个指定的主类(包含main()方法的类)；

　　　　(5)使用jdk1.7， java.lang.invoke.MethodHandle 实例的解析结果为 REF_getStatic 、 REF_putStatic 、 REF_invokeStatic 的方法句柄，如果此句柄对应的类未初始化，那么进行初始化。

　　3.只有以上五种情况类才会被初始化，它们也叫主动引用，而其他的引用类的方式则不会初始化类，它们叫做被动引用：

　　　　(1)使用子类访问父类的静态属性时，不会初始化子类；

　　　　(2)创建一个类的数组时，不会初始化此类，但是会初始化出一个另外的类，代表这个数组对象；

　　　　(3)访问一个类的静态常量时，不会初始化这个类，这个静态常量进入常量池会被归属给NonInitialization类的常量池中，代表不会初始化；

7.3类加载的过程

　　1.加载：

　　　　(1)通过类的全限定名来获取Class文件的二进制流；

　　　　(2)将这个字节流根据虚拟机所需要的存储结构存放在内存中；

　　　　(3)生成这个类的 java.lang.Class 对象，作为访问类的数据的外部接口；

　　2.验证：

　　　　虽然Java代码的编译过程不允许一些不安全的做法(C/C++常做)，比如：访问数组边界以外的数据、错误的对象转型、跳转到不存在的行，但是不能保证Class文件不被修改，所以验证这一步骤作为连接的第一个阶段对于JVM的安全性来说非常重要；

　　　　验证的过程又分为四个阶段：文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证

　　　　(1)文件格式验证：①验证魔数；②主、次版本号；③长度检查；等等

　　　　(2)元数据验证：①验证除 java.lang.Object 类以外其他类有无继承父类；②是否继承了final类；③非抽象类是否重写了必须重写的方法；④字段、方法和父类是否矛盾；等等

　　　　(3)字节码验证：①验证错误的对象转型；②跳转到不存在的行；等等

　　　　(4)符号引用验证：①验证能不能通过符号引用的类的全限定名找到这个类；②验证这个符号引用的类、字段和方法的可访问性(public、private)；等等，验证完成之后，则符号引用转化为直接引用 (内存地址引用)；

　　3.准备：

　　　　准备阶段是为类变量(static修饰)分配内存并赋予初始值的阶段；

　　　　(1)这里说的赋予初始值说的一般都是零值，比如：；这里的 i 在准备阶段完成之后会被赋值为0而非1，赋值为1那是初始化阶段；

　　　　(2) ; 而这里的 i在准备阶段之后赋值为1；

　　4.解析：

　　　　将常量池内的符号引用转换为直接引用的过程，分为类或接口解析、字段解析、类方法解析、接口方法解析。

　　5.初始化：

　　　　初始化阶段才算是真正开始运行Java代码，初始化阶段就是运行类构造器的 <cinit>() 方法，对应 static{} 方法块；

　　　　(1)<cinit>()方法只能访问到static{}代码块前面的变量，而在static后面的变量，只能赋值，不能访问引用(非法向前引用)；

　　　　(2)子类初始化，会默认先初始化父类来调用父类的<cinit>()方法；

　　　　(3)一般类中没有static{}代码块，那么也就不会生成<cinit>()方法；

　　　　(4)接口不能写static{}代码块，但是赋值给变量时也会生成<cinit>()方法；

　　　　(5)<cinit>()方法是同步的，线程安全的。

7.4类加载器

　　类加载器作用于加载阶段中，根据类的全限定名来获取Class文件的二进制流。

　　1.关于类和类加载器：

　　　　两个类要相等( equals() )，它们首先要是同一个类加载器进行加载的；

　　2.双亲委派模型：

　　　　(1)三种系统的类加载器：

　　　　　　①启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)：加载 %JAVA_HOME%/lib 下和 -Xbootclasspath 指定的目录下的类库；

　　　　　　②扩展类加载器(Extension ClassLoader)：加载 %JAVA_HOME%/lib/ext 目录下和 java.ext.dirs 系统变量所指定的目录下的类库；

　　　　　　③ 应用程序类加载器(Application ClassLoader)：加载用户类路径下的类库；

　　　　(2)双亲委派模型：

　　　　　　如下图所示，要求除启动类加载器(Bootstrap ClassLoader) 以外，其它类加载器都要有自己的父加载器，它们之间不是继承关系，而是组合复用的关系；

　　　　(3)双亲委派机制工作过程：

　　　　　　一个类加载器在收到类加载的请求时，不会立即去加载这个类，而是向父类加载器请求加载，依次类推，直到顶层类加载器，只有当类加载器不能加载此类时才会让子类加载器去加载这个类；

　　　　(4)双亲委派机制的意义：

　　　　　　如此保证了类不会因为不同类加载器导致加载出不同的类，从而使程序混乱，例如自己写一个 java.lang.String 类，系统只加载了jdk默认的 java.lang.String 的类文件，而不会加载自己写的java.lang.String类；

　　3.破坏双亲委派模型：