JVM 之类加载器

一、什么是 JVM

　　JVM（Java Virtual Machine）是一个可以执行 Java 字节码文件（即 .class 文件）的虚拟机进程。当 Java 源文件能被成功编译成 .class 文件，就能在不同平台上的不同版本的 JVM 运行，因为 JVM 能将相同的 .class 文件解释称不同平台的机器码。正是因为 JVM 的存在，Java 被称为与平台无关的语言。

　　一般而言，.java 文件经过编译后会得到 .class 文件，而将这个文件加载到内存之前需要先通过类加载器，先简单过一下图：

二、类加载过程

　　类加载的过程为：加载-->连接（验证-->准备-->解析）-->初始化。下面介绍其中的几个过程。

　1、加载

　　这个过程主要是通过类的全限定名，例如 java.lang.String 这样带上包路径的类名，获取到字节码文件；然后将这个字节码文件代表的静态存储结构（可简单理解为对象创建的模板）存在方法区，并在堆中生成一个代表此类的 Class 类型的对象，作为访问方法区中“模板”的入口，往后创建对象的时候就按照这个模板创建。

　　举个例子，有时候通过反射创建对象，像当初学 JDBC 时会通过 Class.getName("com.mysql.jdbc.Driver.class").newInstance() 创建对象，通过 Class 和相应的全限定类名获取到方法区中的“模板”然后创建对象。

　2、验证

　　验证过程主要确保被加载的类的正确性。首先要先验证文件格式是否规范，如果只是通过 .class 后缀来辨别，那随便把后缀名改一下就可以跑程序了，那岂不是很容易出事。来看看字节码文件大概是长什么样的：

　　注意看前缀 cafe babe（咖啡宝贝？）这只是验证的其中一个点，还会验证字节码文件里是否包含主次版本号等验证信息。

　3、准备

　　这个阶段主要是给类变量（静态变量）分配方法区的内存并初始化。实例变量不是在这个阶段分配内存，实例变量是随着对象一起分配在堆中。另外，给静态变量初始化为零值或空值，比如public static int n=5;这里并不是马上给 n 这个变量赋值为 5，而是先将其赋值为 0，类似的，如果是引用数据类型，则默认为 null。还有一点需要注意的是，对于 final 类型的数据，必须在程序内给它赋值，系统不会自动初始化，例如 static String str = "hello" + “world”；String 是 final 类型的，在编译阶段就给它优化成 static String str = "helloworld” ，并且将 "helloworld" 放进了常量池。

　4、初始化

　　这个阶段就是将静态变量赋值为初始值，还是 public static int n=5; 这回给 n 赋值为 5 了。

三、类加载器

　　启动类加载器是由C/C++写的，主要负责加载 jre\lib 目录下的类；扩展类加载器主要负责加载 jre\lib\ext 目录下的类；而应用程序类加载器主要负责加载我们自己编写的类；当然还能自己写类加载器，即自定义加载器。程序主要由前面三个类加载器相互配合加载的。

public class Main {

    public static void main(String[] args) {

        Main main = new Main();

        System.out.println(main.getClass().getClassLoader());

        System.out.println(main.getClass().getClassLoader().getParent());

        System.out.println(main.getClass().getClassLoader().getParent().getParent());

    }

}

　　由于启动类加载器是 C/C++ 语言写的，所以输出为 null

　双亲委派机制

　　在类加载的过程中，存在着双亲委派机制，即当要加载一个类时，先由父类加载器加载，当父类加载器没办法加载时，才由下面的加载器加载，来看一个程序：

package java.lang;   // 自定义的包

public class String {

    public static void main(String[] args) {

        System.out.println("这是自定义的java.lang.String类");

    }

}

　　由于 jre\lib\ext 中存在 java.lang.String 类，当加载该类的时候，根据全限定名进行查找，找到后由启动类加载器加载，发现 String 类中不包含 main() 方法，因此程序出错。