java虚拟机JVM--java类加载器和类加载机制
java类加载器
JVM提供了以下3种系统的类加载器：
启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：最顶层的类加载器，启动类加载器主要加载的是JVM自身需要的类，这个类加载使用C++语言实现的，是虚拟机自身的一部分，它负责将
扩展类加载器(Extension ClassLoader)：扩展类加载器是指Sun公司(已被Oracle收购)实现的sun.misc.Launcher$ExtClassLoader类，由Java语言实现的，是Launcher的静态内部类，它负责加载
应用程序类加载器(Application ClassLoader)：也称应用程序加载器是指 Sun公司实现的sun.misc.Launcher$AppClassLoader。它负责加载系统类路径java -classpath或-D java.class.path 指定路径下的类库，也就是我们经常用到的classpath路径，开发者可以直接使用系统类加载器，一般情况下该类加载是程序中默认的类加载器，通过ClassLoader#getSystemClassLoader()方法可以获取到该类加载器。
除此以外，还可以通过继承实现自定义类加载器， 他们的关系如下：
理解双亲委派模式
双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）外，其余的类加载器都应当有自己的父类加载器。这里的类加载器之间的父子关系一般不是以继承关系实现的，而是用组合实现的。
双亲委派模型的工作过程：
如果一个类接受到类加载请求，他自己不会去加载这个请求，而是将这个类加载请求委派给父类加载器，这样一层一层传送，直到到达启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）。
只有当父类加载器无法加载这个请求时，子加载器才会尝试自己去加载。
双亲委派模型的代码实现:
双亲委派模型的代码实现集中在java.lang.ClassLoader的loadClass()方法当中,主要逻辑为：
- 1、首先检查类是否被加载，没有则调用父类加载器的loadClass()方法；
- 2、若父类加载器为空，则默认使用启动类加载器作为父加载器；
- 3、若父类加载失败，抛出ClassNotFoundException 异常后，再调用自己的findClass() 方法。
主要源代码如下：
protected synchronized Class loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
//1 首先检查类是否被加载
Class c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
try {
if (parent != null) {
//2 没有则调用父类加载器的loadClass()方法；
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
//3 若父类加载器为空，则默认使用启动类加载器作为父加载器；
c = findBootstrapClass0(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
//4 若父类加载失败，抛出ClassNotFoundException 异常后
c = findClass(name);
}
}
if (resolve) {
//5 再调用自己的findClass() 方法。
resolveClass(c);
}
return c;
}
了解了类加载器， 接下来再看看类加载机制~
这道面试题，你会吗？
先看一道经典的面试题：
public class TestA{
private static TestA mInstance = new TestA();
public static int value1;
public static int value2 = 0;
private TestA(){
value1++;
value2++;
}
public static TestA getInstance(){
return mInstance;
}
}
public class TestB{
public static int value1;
public static int value2 = 0;
private static TestB mInstance = new TestB();
private TestB(){
value1++;
value2++;
}
public static TestB getInstance2(){
return mInstance;
}
}
//请问执行的输出结果？
public static void main(String[] args) {
TestA testA = TestA.getInstance();
System.out.println("TestA value1 = " + testA.value1);
System.out.println("TestA value2 = " + testA.value2);
TestB testB = TestB.getInstance2();
System.out.println("testB.value1 = " + testB.value1);
System.out.println("testB.value2 = " + testB.value2);
}
请说出运行结果。
我们先跑一下代码，运行看看结果：
答对了吗？ 我们先看看类的加载机制， 再具体分析原因。
一、类加载机制
JVM类加载分为五步：加载、链接、初始化、使用、卸载， 其中链接又细分为：验证、准备、解析三个步骤， 以下是流程图：
下面解释类加载的各个步骤的内容。
1.加载
加载主要是将.class文件（或者是网络中获取的zip包）中的二进制字节流读入到JVM中， 这个过程主要包含三部分：
- 1.通过类的全限定名获取该类的二进制字节流；
- 2.将字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
- 3.在内存中生成一个该类的java.lang.Class对象， 作为这个类得各种数据的访问入口
2.链接
链接主要分为三步：验证、准备、解析。
2.1验证
验证主要是确保加载近来的字节流符合JVM规范。
验证的主要过程有：
- 1.文件格式验证
- 2.元数据验证：是否符合java语义规范，是对字节码描述的信息进行语义分析，以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求。可能包括的验证如：这个类是否有父类；这个类的父类是否继承了不允许被继承的类；如果这个类不是抽象类，是否实现了其父类或接口中要求实现的所有方法。。。等等。。。
- 3.字节码验证：确定程序语法合法，符合逻辑
- 4.符号引用验证：确保下一步解析能正常执行
验证阶段对于虚拟机的类加载机制来说，不一定是必要的阶段。如果所运行的全部代码确认是安全的，可以使用-Xverify：none参数来关闭大部分的类验证措施，以缩短虚拟机类加载时间。
2.2准备
准备主要是为静态变量在方法区分配内存，并设置初试默认值，比如int默认为0，boolean默认为false， 注意，这里只是初始化默认值，还并没有赋值初始值， 比如 static int a = 10, 这一句在这里只是执行了给a分配内存空间并默认为0。在初始化阶段才赋值。
2.3解析
解析是虚拟机将常量池的符号引用替换为直接引用的过程。
3.初始化
初始化是类使用前的最后一步，主要是根据代码中的赋值语句为类变量赋值的过程。需要注意的是：当有父类且父类未初始化时，先去初始化父类， 再进行子类的初始化。
类初始化的时机：
- 1.使用new创建类对象时
- 2.读取或者设置类的静态字段时
- 3.调用类静态方法时
- 4.使用反射Class.forName()对类进行反射调用时，
- 5.初始化一个类是， 有父类则先初始化父类，不过接口除外，父接口只有被调用时才会被初始化， 直接使用子类调用父类的静态字段， 只会初始化父类
- 6.被标明为启动类的类（即包含main方法的类）
- 7.当使用JDK1.7的动态语言支持时，如果一个java.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。
以上情况统称为对一个类进行主动引用，且有且只要以上几种情况需要对类进行初始化。
二、面试题分析
总结一下，当程序主动使用某个类时，如果该类还未被加载到内存中，系统会通过加载，连接，初始化三个步骤来对该类进行初始化，JVM将会连续完成这三个步骤，也把这三个步骤统称为类加载或类初始化类，然后就可以实用类了。
我们回过头看一下刚刚的面试题：
前面两行和类TestA相关的打印是： 1 0
原因分析：
1.首先执行 TestA testA = TestA.getInstance();调用了类的静态方法，触发类的加载
2.类的验证
3.准备：为静态变量分配内存，设置默认值。这里为mInstance(引用类型)设置为null,value1,value2（基本数据类型）设置默认值0
4.类的解析
5.类初始化化，按代码顺序依次为类的静态变量赋值和执行静态代码快。依次执行代码：
private static TestA mInstance = new TestA();
public static int value1;
public static int value2 = 0;
所以 先执行构造方法 ，value1, value2的值都变为1， 然后value1没有任何操作，value2又被赋值为0， 所以输出结果为 1， 0；
后面两行的打印是 1 1：
原因分析：
1.首先执行 TestB testB = TestB.getInstance();调用了类的静态方法，触发类的加载
2.类的验证
3.准备：为静态变量分配内存，设置默认值。这里为value1,value2（基本数据类型）设置默认值0 ，mInstance(引用类型)设置为null,
4.类的解析
5.类初始化化，按代码顺序依次为类的静态变量赋值和执行静态代码快。依次执行代码：
public static int value1;
public static int value2 = 0;
private static TestB mInstance = new TestB();
所以 先执行前面两行，value1默认为0，, value2的值为0， 执行构造方法，都+1，， 所以输出结果为 1， 1；