虚拟机类加载机制

1.类加载时机

• 类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存中为止，整个生命周期包括：加载（Loading）、验证（Verification）、准备（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）、使用（Using）、卸载（Unloading）。

• 加载 Java虚拟机规范并没有进行强制约束，这点可以交给虚拟机的具体实现来自有把握。但是对于初始化阶段，虚拟机规范则是严格规定了有且只有5种情况必须立即对类进行初始化（而加载、验证、准备自然要在此之前开始）。

  1. 遇到 new、getstatic、putstatic 或 invokestatic 这4条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。生成这4条指令的最常见的 Java 代码场景是：使用 new 关键字实例化对象的时候、读取或设置一个类的静态字段（被 final 修饰、已在编译期把结果放入常量池的静态字段除外）的时候，以及调用一个类的静态方法的时候。
  2. 使用 java.lang.reflect 包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。
  3. 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化。
  4. 当虚拟机启动时，用户需要制定一个要执行的主类（包含 main() 方法的哪个类），虚拟机会先初始化这个主类。
  5. 当时用 JDK 1.7 的动态语言支持时，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。
  • 除此之外，所有引用类的方式都不会触发初始化，称为被动引用。
    1. 通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化
    2. 通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化
    3. 常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用到定义常量的类，因此不会触发定义常量的类的初始化。

2.类加载过程

• 加载
  “加载” 是 “类加载” （Class Loading） 过程的一个阶段， 在加载阶段，虚拟机需要完成以下3件事情：

  1. 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。
  2. 将这个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. 在内存中生成一个代表这个类的 java.lang.Class 对象， 作为方法区这个类的各种数据的访问入口。

• 验证
  验证是连接（Linking）阶段的第一步，这一阶段的目的是为了确保 Class 文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的健康。

• 准备
  准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量（被 static 修饰的变量）初始值（“通常情况”下指给变量赋0值）的阶段，这些变量所使用的内存都在方法区中进行分配。如果类字段的字段属性表中存在ConstantValue 属性，那在准备阶段变量 value 就会被初始化为 ConstantValue 属性所指定的值：

  public static final int VALUE = 123;//会赋指定值123
  public static int value = 123;// 赋0值
  

• 解析
  解析阶段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： 符号引用以一组符号来描述引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能无歧义地定位到目标即可。
  • 直接引用： 直接引用可以是直接指向目标地指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标地句柄。

• 初始化
  类初始化阶段是类加载过程的最后一步，前面的类加载过程中，除了在加载阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器参与之外，其余动作完全由虚拟机主导和控制。到了初始化阶段，才真正开始执行类中定义的
  Java 程序代码（或者说字节码）。

3.类加载器

• 不同的类加载器加载同一个class文件，生成的这两个类必定不相等。

• 从 Java 开人员的角度来看，绝大部分Java 程序都会使用以下3种系统提供的类加载器。

  1. 启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）： 这个类加载器负责将存放在\lib目录中的，或者被 -Xbootclasspath 参数指定的路径中的，并且是虚拟机标识的（仅按照文件名识别，如 rt.jar ,名字不符合的类库即使放在lib目录下也不会被加载）类库加载到虚拟机中。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：

  public ClassLoader getClassLoader(){
    ClassLoader cl = getClassLoader0();
    if (cl == null)
      retern null; //返回null值表示类加载请求委托引导类加载类
    ...
  }
  

  2. 扩展类加载器（Extension ClassLoader）：这个加载器由 sun.misc.Launcher$ExtClassLoader 实现，他负责加载 \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。

  3. 应用程序类加载器（Application ClassLoader）：这个类加载器由 sun.misc.Launcher$AppClassLoader 实现。由于这个类加载器是 ClassLoader 中的 getSystemClassLoader() 方法的返回值，所以一般也称它为系统类加载器。它负责加载用户类路径（ClassPath）上所指定的类库，开发者也可以直接使用这个类加载器，如果应用程序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。