Java类装载解析

写在前面

知其然知其所以然，从事Java将近五年来，虽然做过不少项目，也看过不少Java理论相关的文章和书籍，但是对Java关于类加载的机制却不甚了解。借此文章梳理下。

背景知识

首先我们要了解JVM是干嘛的，他在Java世界中充当的角色是什么？JVM是java的核心和基础，在java编译器和os平台之间的虚拟处理器。JVM通过将class二进制文件的虚拟指令集编译为实际的CPU指令集。

class二进制文件包含了JAVA虚拟机指令集和符号表，还有其他的一些辅助信息。

JVM解释过来就是Java虚拟机，它最重要的一个特点就是平台无关性，解释过来就是不同平台的操作系统（linux，windows），通过jvm都可以将字节码翻译成平台的指令。下面这张图很好的解释了JVM的作用和充当的角色。

JVM充当的角色

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类加载机制

类的加载分为两种：

隐式加载：我们通常使用的new关键字就是调用jvm的隐式加载机制，这种机制对开发人员来说是透明的。

显式加载：通过class.forName()等方法，显式加载需要的类 。

Java是动态加载类的，只要在需要用到类的时候才会有JVM加载到内存中，这种方式的好处节省内存空间。

双亲委派

我们在加载一个类的时候，如何保证这个类不重复被加载？自己加载自己需要的类？显然不是的，如果自己加载需要的类，那么内存中会有大量类被重复加载，没法保证类的唯一性。

关于双亲委派的模式，大家可以参考相关的文章，这里不再赘述。双亲委派

加载步骤

一个类的加载主要分为七个步骤，他们之间的顺序如下图：

类加载过程

加载：主要工作是将类的二进制字节流到JVM内部，并存储在运行时内存区的方法区，然后将其转换为一个与目标类型对应的java.lang.Class对象实例（jdk1.8方法区改为Metaspace实现），这个Class对象在日后就会作为方法区中该类的各种数据的访问入口。

验证：负责对字节流进行验证，是否符合jvm的规范要求，是否有影响jvm的运行稳定性。验证内容涵盖了类数据信息的格式验证、语义分析、操作验证等

格式验证：验证是否符合class文件规范

语义验证：检查一个被标记为final的类型是否包含子类；检查一个类中的final方法视频被子类进行重写；确保父类和子类之间没有不兼容的一些方法声明（比如方法签名相同，但方法的返回值不同）

操作验证：在操作数栈中的数据必须进行正确的操作，对常量池中的各种符号引用执行验证（通常在解析阶段执行，检查是否通过富豪引用中描述的全限定名定位到指定类型上，以及类成员信息的访问修饰符是否允许访问等）

准备：准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些内存都将在方法区中分配。这个时候并不是赋值，只是在内存中为变量分配空间和初始值。

对于该阶段有以下几点需要注意：

这时候进行内存分配的仅包括类变量（static），而不包括实例变量，实例变量会在对象实例化时随着对象一块分配在 Java 堆中。这里随着JVM的版本不同，放的位置不同，1.6中放在永久代Perm中，1.7会放在堆空间中开辟，1.8改到了元空间。

这里所设置的初始值通常情况下是数据类型默认的零值（如 0、0L、null、false 等），而不是被在 Java 代码中被显式地赋予的值。

解析：解析阶段是虚拟机将常量池中的符号引用转化为直接引用的过程。

初始化：初始化是类加载过程的最后一步，到了此阶段，才真正开始执行类中定义的 Java 程序代码。上面的准备阶段已经为类分配了内存空间和初始值，这里初始化就是根据程序指定的主观计划去初始化类变量和其他资源，或者可以从另一个角度来表达：初始化阶段是执行类构造器()方法的过程。

使用：以上步骤全部完成之后，这个类就可以被使用了。

卸载：在使用结束之后，需要将类卸载。

加载的时候我们知道在内存中会有一个java.lang.Class与目标类对应。当代表A类的Class对象不再被引用，即不可触及时，Class对象就会结束生命周期，A类在方法区内的数据也会被卸载，从而结束A类的生命周期。由此可见，一个类何时结束生命周期，取决于代表它的Class对象何时结束生命周期。

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参考文档：https://www.cnblogs.com/Qian123/p/5707562.html

                  https://baike.baidu.com/item/JVM/2902369?fr=aladdin

                  https://www.cnblogs.com/xiaoxian1369/p/5498817.html