JVM学习——4.1 类加载-类加载顺序

类的加载的生命周期

类被加载到虚拟机内存中到卸载出内存中主要经历几个步骤：加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载

类加载的步骤的顺序图

目前可以确定的顺序是：加载、验证、准备、初始化、卸载。解析的时候为了支持Java语言的运行时绑定，所以在某些情况下可能存在先初始化再进行解析。

类加载的时机的大概节点

1. 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这4条字节码指令时。如果此类没有被初始化，则会进行初始化。（最常见的就是new关键词实例化对象，或者读取一个类的静态字段）。
2. 使用reflect方法对类进行反射调用的时候，如果没有初始化则进行初始化。
3. 如果一个类父类还没有初始化，则进行初始化。
4. 虚拟机启动的时候，虚拟机会初始化用户指定的执行主类。
5. 如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化

对于静态字段初始化

只有直接定义这个字段的类才会被初始化，因此通过其子类来引用父类中定义的静态字段，只会触发父类的初始化而不会触发子类的初始化。

接口的加载过程

接口也有初始化过程，这点与类是一致的，上面的代码都是用静态语句块“static{}”来输出初始化信息的，而接口中不能使用“static{}”语句块，但编译器仍然会为接口生成“＜clinit＞（）”类构造器，用于初始化接口中所定义的成员变量。但是和正常类初始化有区别的是，当接口的父类没有初始化的时候并不要求父类接口全部完成初始化，只有在使用父类接口（或父类常量）的时候才会初始化。

加载

加载是整个类加载过程的第一个步骤

在加载阶段，虚拟机需要完成三个任务：

1. 通过一个类的全限定名获得定义此类的二进制流
2. 将这个字节流所代表的静态结构转化为方法区运行时的数据结构
3. 在内存中生成这个类的java.lang.Class对象，作为这个对象的数据访问入口

虚拟机规范没有指明这个二进制流的来源，所以实际上类的来源可以多种多样。

• 从ZIP包中读取，比如JAR、EAR、WAR格式
• 从网络中获取，比如Applet
• 运行时计算生成，比如动态代理技术
• 其他文件生成，比如JSP文件
• 从数据库中读取
• 当然用户也可以自定义类加载器去完成（从写一个类加载器的loadClass）

数组类的创建

对象可以通过类加载器创建，但是数组比较特使是由JAVA虚拟机直接创建，但是并不代表数组和类加载器无关。
如果数组的类型是引用类型（对象），那么数组将在加载该组件类型的类加载器的类名称空间上进行标识。
如果数组的不是引用类型（基础数据int、long），Java虚拟机将会把数组标记与引导类加载器关联。

加载阶段与连接阶段会交叉进行，加载阶段完成之前，连接节点可能已经开始。但是加载阶段一定先开始

验证

验证阶段主要确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前规范，不会出现影响虚拟机安全的信息。

在加载阶段，因为JAVA并没有限制Class文件的来源，所以如果虚拟机不做检查很可能因为载入了有害的信息而导致系统崩溃。

验证阶段需要完成是个阶段的检验动作：

1. 文件格式的验证
2. 元数据的验证
3. 字节码的验证
4. 符号引用的验证

文件格式的验证

验证字节流是否符合Class文件格式的规范，并且能够被当前版本的虚拟机处理。

验证了相当多的内容，主要是针对文件格式进行验证，下面是部分验证内容：

• 是否以0xCAFEBABE开头。
• 主、次版本号是否在当前虚拟机处理范围之内。
• Class文件中各个部分及文件本身是否有被删除的或附加的其他信息。
• 等等…

只有通过这个阶段验证，字节流才能进入内存的方法区进行储存。后续的操作都是基于方法区的存储数据进行处理。

元数据验证

对字节码描述的信息进行语义分析

分析内容主要是保证不存在不符合Java规范的元数据信息，比如：

• 这个类是否存在父类（所有类的父类java.lang.Object）
• 这个类的父类是否寄出了不允许被集成的类型
• 如果不是抽象类需要实现所有的方法
• 等等…

字节码验证

主要目的是验证程序语义是否合法、符合逻辑

例如：

• 保证不会出现在操作栈方式一个类型的数据，使用时却用另外一个无法没有进行转换的其他类型数据来进行处理。
• 保证类型转换是合法的。不会出现完全不相关的数据类型的互相转换。

符号引用验证

主要发生在虚拟机将符号引用转换为直接引用的时候，这个转换动作在解析阶段中发生。

主要验证的内容：

1. 符号引用通过全限定名能否定位对应的类。
2. 在指定类中是否存在符合字段描述以及名称锁描述的方法和字段。
3. 判断符号引用中类以及字段、方法是否可以被当前类访问
4. 等等…

准备

正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段

此时内存分配的仅仅是类的变量（static），不包括实例变量，实例变量会在对象实例化时候一起被分配到java堆中。此时实例变量值为初始值。

注意，此时假如对象被添加了final 和 static属性，在准备阶段就会被设置为指定的值

各类型的初始值

数据类型	初始值
int	0
long	0L
short	(short)0
char	‘\u000’
byte	(byte)0
boolean	false
float	0.0f
double	0.0d
reference	null

解析

是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程

符号引用

符号引用，是一组符号来描述所引用的目标，只需要保证使用时能无歧义的定位到目标。此时并不要求引用的目标加载到内存。

直接引用

直接引用是可以直接指向目标的指针、句柄或者偏移量。存在直接引用的时候需要保证目标在内存中已经存在。不同的虚拟机翻译出来的直接引用可能不同。

解析主要针对的内容

符号引用	常量池常量类型
类或者接口	CONSTANT_Class_info
字段	CONSTANT_Fieldref_info
类方法	CONSTANT_Methodref_info
接口方法	CONSTANT_InterfaceMethodref_info
方法类型	CONSTANT_MethodType_info
方法句柄	CONSTANT_MethodHandle_info
调用点	CONSTANT_InvokeDynamic_info

初始化

是类加载过程的最后一步，这个阶段开始实行类中定义的Java程序代码

在初始化阶段通过执行类构造器方法的过程。

方法是编译器根据类中所有变量的赋值动作和静态语句块中语句合并而成，执行顺序是根据语句在源文件中出现的顺序决定的。所以在静态代码块中，可以访问到定义在静态语句块之前的变量，定义在它之后的变量的静态语句块的代码可以赋值但是不能访问。

此时无法进行编译

public class ClassTest {

    static  {
        a = 1;
        System.out.println(a);
    }

    static int a = 0;

    public static void main(String[] args) {
        
    }
}

编译内存

Error:(11, 28) java: 非法前向引用

虚拟机会保证子类的执行前父类的已经执行完成。因为父类的先执行所以，父类的静态代码块要优先于子类的赋值操作。

public class ClassTest {
    static int a = 0;

    static  {
        a = 1;
    }
}


class  ClassTest2 extends ClassTest {

    static int b = a;

    static {
        System.out.println(b);
    }

    public static void main(String[] args) {
        ClassTest2 test2 = new ClassTest2();
    }
}

此时系统的输出是1而不是0

类加载器

虚拟机设计团队把类加载阶段中通过类名获得类二进制字节流的动作放到虚拟机外部，以方便程序自己决定如何操作。这个代码模块成为“类加载器”

类与类加载器

类加载器用于实现类的加载动作。

对于任意一个类，都需要由加载它的类加载器和本身一通确定在虚拟机中的唯一性，每一个类加载器都有一个独立的名称空间。所以如果比较两个类是否相等，首先需要确定两个类是由同一个类加载器加载的前提。

如果一个类来源同一个字节码文件，但是又两个不同的类加载器加载，那么这两个类必定不同。

双亲委派模型

正常只存在两种类加载器:启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）此类加载器使用C++实现，属于虚拟机，基于java.lang.ClassLoader的类加载器，此类加载器由JAVA语言实现，独立于虚拟机。

但是实际上我们加载一个类常用的类加载器可以分为三种：

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）

这个类将器负责将存放在＜JAVA_HOME＞\lib目录中的，或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中的。启动类加载器无法被Java程序直接引用，用户在编写自定义类加
载器时，如果需要把加载请求委派给引导类加载器，那直接使用null代替即可。

ClassLoader子类——扩展类加载器（Extension ClassLoader）

这个加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，它负责加载＜JAVA_HOME＞\lib\ext目录中的，或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库，开发者可以直接使用扩展类加载器。

ClassLoader子类——应用程序类加载器（Application ClassLoader）

这个类加载器由sun.misc.Launcher $App-ClassLoader实现。
它负责加载用户类路径（ClassPath）上所指定的类库，开发者可以直接使用这个类加载器，如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

而我们常说的双亲委派，要求除了顶层的启动类加载器，其他类加载器由应该有自己的父类加载器。

加载器相互之间关系

启动类加载器

扩展类加载器

应用程序类加载器

自定义类夹杂器

自定义类夹杂器