虚拟机类加载机制

概述

• 虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型，这就是虚拟机的类加载机制。

JVM类加载机制的特点

• 与那些在编译时需要进行连接工作的语言不同，在Java语言里面，类型的加载、连接和初始化过程都是在程序运行期间完成的。
• Java里天生可以动态扩展的语言特性就是依赖运行期动态加载和动态连接这个特点实现的。
  • 例如，如果编写一个面向接口的应用程序，可以等到运行时再指定其实际的实现类；用户可以通过Java预定义的和自定义类加载器，让一个本地的应用程序可以在运行时从网络或其他地方加载一个二进制流作为程序代码的一部分，这种组装应用程序的方式目前已广泛应用于Java程序之中。从最基础的Applet、JSP到相对复杂的OSGi技术，都使用了Java语言运行期类加载的特性。

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类加载的时机

类的生命周期

• 类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期包括：加载（Loading）、验证（Verification）、准备（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）、使用（Using）和卸载（Unloading）7个阶段。其中验证、准备、解析3个部分统称为连接（Linking）。

类的生命周期

• 这些步骤都是按部就班的“开始”，不是按部就班的“进行”或者“完成”。 其中类的解析阶段在某些情况下会在初始化阶段之后再开始，这是为了支持java语言的运行时绑定。

类加载的时机

• 什么情况下需要开始类加载过程的第一个阶段：加载？

• Java虚拟机规范中并没有进行强制约束， 既然类的加载阶段没有明确规定是什么时候，依靠具体虚拟机实现。所以就不讨论类加载过程的第一个阶段：加载。

• 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”。那么只要知道类加载的初始化阶段是什么时候，我们就可以知道类加载的加载、验证、准备自然在此之前开。下面就看看初始化阶段开始的时机。

• 初始化阶段开始时机：
  1）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，用户需要指定一个要执行的主类（包含main（）方法的那个类），虚拟机会先初始化这个主类。
  5）当使用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。

• 上面5种场景中的行为称为对一个类进行主动引用。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。

• 被动引用例子

• 1.子类调用父类的static方法
  下面方法输出为：SuperClass init！

package org.fenixsoft.classloading；
/**
*被动使用类字段演示一：
*通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化
**/
public class SuperClass{
static{
System.out.println（"SuperClass init！"）；
}
public static int value=123；
}
public class SubClass extends SuperClass{
static{
System.out.println（"SubClass init！"）；
}
}
/**
*非主动使用类字段演示
**/
public class NotInitialization{
public static void main（String[]args）{
System.out.println（SubClass.value）；
}
}

• 2.使用数组不会触发数组元素类型的初始化，只会触发数组类的初始化。
  下面代码不会触发SuperClass的初始化阶段，但触发了另外一个名为 “[Lorg.fenixsoft.classloading.SuperClass”的类的初始化阶段

package org.fenixsoft.classloading；
/**
*被动使用类字段演示二：
*通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化
**/
public class NotInitialization{
public static void main（String[]args）{
SuperClass[]sca=new SuperClass[10]；
}
}

• 3.使用一个类的常量不会触发那个类的初始化。下面代码不会触发ConstClass类的初始化。
  因为在编译阶段通过“常量传播优化”，已经将此常量的值“hello world”存储到了NotInitialization类的常量池中，以后NotInitialization对常量ConstClass.HELLOWORLD的引用实际都被转化为NotInitialization类对自身常量池的引用了。也就是说，实际上NotInitialization的Class文件之中并没有ConstClass类的符号引用入口，这两个类在编译成Class之后就不存在任何联系了。

package org.fenixsoft.classloading；
/**
*被动使用类字段演示三：
*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。
**/
public class ConstClass{
static{
System.out.println（"ConstClass init！"）；
}
public static final String HELLOWORLD="hello world"；
}
/**
*非主动使用类字段演示
**/
public class NotInitialization{
public static void main（String[]args）{
System.out.println（ConstClass.HELLOWORLD）；
}
}

• 注：由上面可以类的初始化过程做的事情好像与static有关，具体下面会讲类加载过程中每一阶段所做的事情。

• **注：当一个类在初始化时，要求其父类全部都已经初始化过了，但是一个接口在初始化时，并不要求其父接口全部都完成了初始化，只有在真正使用到父接口的时候（如引用接口中定义的常量）才会初始化。
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类加载的过程

• 上面讲了类加载的开始时机，但是类加载的第一步骤加载阶段的时机由虚拟机实现决定，但是初始化阶段的时机是知道了，所以前面的阶段肯定在初始化阶段之前就会进行。大概知道类加载中各个阶段的大概前后时机后，我们下面就讨论，在每个阶段都会做点啥。

类加载过程