深入理解JVM虚拟机（纯干货）（一）类加载器

看正文之前，读者思考以下这个看似简单的问题，程序会输出什么呢？
如果你不清楚的话，抓紧收藏起来反复理解吧！
（不想看例子，时间比较急的童鞋可以直接跳到第二部分类加载器知识点归纳）

类型的加载、连接与初始化过程都是在程序运行期间完成的。静态动态结合！提供更多灵活性、可能性

1. 加载：将硬盘中的class文件加载到内存中。查找并加载类的二进制数据

类的加载指的是将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区中，然后在内存中创建一个java.lang.Class对象（对应该类创建的所有实例）用来封装类在方法区内的数据结构。

可以从本地系统中直接加载，通过网络加载，可从zip.jar等归档文件中加载.class文件
从专有数据库中提取，将java源文件动态编译为.class文件（动态代理）等等方式。

3. 连接：将类与类关系确定好，字节码校验、验证

   • 验证：确保被加载的类正确性
   • 准备：为类的静态变量分配内存，并初始化默认值
   • 解析：把类中的符号（间接）引用转换为直接引用

4. 初始化：对静态变量赋正确的初始值

5. 类的使用卸载：创建对象

6. 类的卸载：不常用，从内存中清除

java虚拟机结束生命周期：

• 执行了System.exit()
• 正常执行结束
• 遇到异常错误终止
• 操作系统错误

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所有的java虚拟机实现必须在每个类或接口被java程序“首次主动使用”时才初始化他们。

java程序对类的使用方式：

• 主动使用

  1. 创建类的实例
  2. 访问某个类或者接口的静态变量，或者对其赋值（助记符：getstatic putstatic）
  3. 调用类的静态方法(invokestatic)
  4. 反射
  5. 初始化一个类的子类时，父类也会被初始化
  6. java虚拟机启动时被标记为启动类的类（Java Test）
  7. JDK1.7开始提供的动态语言支持：java.lang.invoke.MethodHandle实例的解析结果REF_getStatic，REF_putStatic, REF_invokeStatic句柄对应的类没有初始化，则初始化。

• 被动使用：除以上情况外

所以，回到开头的问题，上面程序的输出应该是：

解析：原因是我们只是通过子类名字引用（在解析中已转换），实际是主动使用了直接定义这个静态变量的类，即父类，所以我们会初始化父类中的静态变量，因为我们并没有首次主动使用子类，所以子类静态代码块不执行。

再考虑下面程序输出：

运行结果为：

解析：如果理解了原理，原因也很简单，在调用子类定义的静态变量时，必然要初始化子类，但是在初始化子类之前，必须要先初始化父类，所以先会输出父类的静态代码块，再是子类的，最后是静态变量。

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以下为完整知识点归纳（枯燥的理论但很重要）：

一、概念详析

• 类的加载:指的是将类的.class文件中的二进制数据读入到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后在内存中创建一个Java.lang.Class对象（规范并没有说明Class对象位于哪里，HotSpot虚拟机将其放在了方法区中）用来封装类在方法区的数据结构

• 加载类的方式

  • 从本地系统中直接加载
  • 通过网络下载.class文件
  • 从zip，jar包等归档文件中加载.class文件
  • 从专有数据库中提取.class文件
  • 将java源文件动态编译为.class文件（将JAVA源文件动态编译这种情况会在动态代理和web开发中jsp转换成Servlet）

总结： （核心）
1）常量在编译阶段会存入到调用这个常量（final修饰）的方法所在的类中的常量池中（test2和test1类的唯一关联），本质上，调用类（test1）并没有直接引用到定义常量的类（test2），因此并不会触发定义常量的类（test2）的初始化，故只打印常量，不会打印定义常量的类（test2）的静态代码块。


2）但是如果一个常量池并非编译期间可以确定的（比如随机数），那么其值就不会放到调用类的常量池中，在程序运行时会主动使用定义常量的类，此类也会被初始化。
3）new myparent[1] new类的数组不是主动使用类,对于数组实例来说，其类型是由jvm在运行期动态生成的，表示为[Lcom.itpan.jvm.classloader.myparent;这种形式。动态生成的类型的父类型就是java.lang.object。JavaDoc经常将构成数组的元素称为component，实际指数组降低一个维度后的类型。
4）当一个接口初始化时，不要求其父接口一定完成初始化。但是真正直接使用到父接口时（比如引用父接口中的常量时），则使用（打印）子接口常量时，父接口也需要初始化。注意interface默认public static final修饰常量，class不。
主动使用一个类时，其内的多个静态变量由上到下依次赋初值，初始化会覆盖准备阶段赋的值。
类的加载的最终产品是位于内存中的Class字节码对象。Class对象封装了类的数据结构，并提供使用接口。

二、完整加载过程

加载
连接（验证、准备、解析）
初始化
类的实例化：为新的对象分配内存，为实例变量赋默认值，为实例变量赋正确的初始值

java编译器在它编译的每一个类都至少生成一个实例化的方法，在java的class文件中，这个实例化方法被称为。针对源代码中每一个类的构造方法，java编译器都会产生一个init方法。

三、两种类型的类加载器

1. Java虚拟机自带的加载器

• 根类加载器（Bootstrap）：该加载器没有父加载器，它负责加载虚拟机中的核心类库。根类加载器从系统属性sun.boot.class.path所指定的目录中加载类库。类加载器的实现依赖于底层操作系统，属于虚拟机的实现的一部分，它并没有集成java.lang.ClassLoader类。
• 扩展类加载器（Extension）：它的父加载器为根类加载器。它从java.ext.dirs系统属性所指定的目录中加载类库，或者从JDK的安装目录的jre\lib\ext子目录（扩展目录）下加载类库，如果把用户创建的jar文件放在这个目录下，也会自动由扩展类加载器加载，扩展类加载器是纯java类，是java.lang.ClassLoader的子类。
• 系统应用类加载器（AppClassLoader/System）：也称为应用类加载器，它的父加载器为扩展类加载器，它从环境变量classpath或者系统属性java.class.path所指定的目录中加载类，他是用户自定义的类加载器的默认父加载器。系统类加载器时纯java类，是java.lang.ClassLoader的子类。

2. 用户自定义的类加载器

• java.lang.ClassLoader的子类
• 用户可以定制类的加载方式

根类加载器–>扩展类加载器–>系统应用类加载器–>自定义类加载器
类加载器并不需要等到某个类被“首次主动使用”时再加载它

JVM规范允许类加载器在预料某个类将要被使用时就预先加载它，如果在预先加载的过程中遇到了.class文件缺失或存在错误，类加载器必须在程序首次主动使用该类才报告错误（LinkageError错误），如果这个类没有被程序主动使用，那么类加载器就不会报告错误。

类加载器用来把类加载到java虚拟机中。从JDK1.2版本开始，类的加载过程采用父亲委托机制，这种机制能更好地保证Java平台的安全。在此委托机制中，除了java虚拟机自带的根类加载器以外，其余的类加载器都有且只有一个父加载器。当java程序请求加载器loader1加载Sample类时，loader1首先委托自己的父加载器去加载Sample类，若父加载器能加载，则有父加载器完成加载任务，否则才由加载器loader1本身加载Sample类。

类被加载后，就进入连接阶段。连接阶段就是将已经读入到内存的类的二进制数据合并到虚拟机的运行时环境中去。

• 类的连接-验证
  1）类文件的结构检查
  2）语义检查
  3）字节码验证
  4）二进制兼容性的验证
• 类的连接-准备
  在准备阶段，java虚拟机为类的静态变量分配内存，并设置默认的初始值。例如对于以下Sample类，在准备阶段，将为int类型的静态变量a分配4个字节的内存空间，并且赋予默认值0，为long类型的静态变量b分配8个字节的内存空间，并且赋予默认值0；

四、类加载器的(双亲委派机制)父亲委托机制

在父亲委托机制中，各个加载器按照父子关系形成了树形结构，除了根加载器之外，其余的类加载器都有一个父加载器

• 若有一个类能够成功加载Test类，那么这个类加载器被称为定义类加载器，所有能成功返回Class对象引用的类加载器（包括定义类加载器）称为初始类加载器。

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