JVM—java类加载机制

1.java类加载机制

       1.1 java类加载机制中最重要的是类初始化过程，包含静态资源，非静态资源，父子类，构造方法等执行顺序。

学过java的人都应该知道：带有static关键字的代码块应该是最先被执行的，其次是非static关键字的代码块以及类的属性，最后是构造方法；

所以类初始化过程应该是：父类的静态代码块—子类的静态代码块—初始化父类的属性/父类的普通代码块(代码自上而下执行)—父类的构造方法—初始化子类的属性/子类普通代码块—子类的构造方法、

       1.2 类的加载(java类的生命周期)：java类加载分5个过程：加载，连接(验证，准备，解析)，初始化，使用，卸载；

           1.2.1 加载：

类的加载是指：将类的.class文件中的二进制数据读到内存中，将其放在运行时数据区的方法区内，然后再堆区创建一个java.lang.Class对象，用来封装类在方法区的数据结构，类的加载最终的产品是位于堆区的Class对象，Class封装了类方法区的数据结构，并向java程序猿提供了访问方法区的数据结构的接口；

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预先加载它，如果在预先加载过程中遇到了.class文件缺失或者错误，类加载器必须在程序首次使用该类时才报错，如果这个程序一直没有被程序主动使用，那么类加载器就不会报告这个错误。

换言之：加载主要是将.class文件也可以是zip包，通过二进制字节流读入到jvm中，

a.通过classloader在classpath中获取.class文件，将其以二进制字节流形式读入内存；

b.将字节流所代表的静态存储数据结构转换为方法区的运行时数据结构；

c.在java堆中生成一个该类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口；

           1.2.2 链接

连接—验证：确保被加载类的正确性，验证是连接的第一步，目的是确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚机的要求，不会危害虚机自身的安全，

文件格式验证：验证字节流中是否符合class文件格式规范，主次版本号是否在当前虚拟机的处理范围，常量池中的常量是否有不被支持的类型等

元数据验证：对字节码描述的信息进行语义分析,保证其描述的信息符合java语言规范的要求，

字节码验证：通过字节流和控制流分析，确保程序语义是合法的，符合逻辑的。

符号引用验证：确保解析动作能正确执行

连接—准备：为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值：正式为类变量分配内存并设置类变量初始化的阶段，这些内存都将在方法区中分配（内存分配的仅包含类变量[static]，而不包含实例变量，实例变量会在对象实例化时随着对象一块分配在java堆中。初始化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代码中显示赋值）

链接—解析：把类中的符号引号转换为直接引用：虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程，解析动作主要针对类或接口，字段，类方法，接口方法，方法类型，方法句柄和调用点限定符7类符号引用进行，符号引用就是一组符号来描述目标，可以是任何字面量。

           1.2.3 初始化：为类的静态变量赋予正确的初始值，jvm负责对类进行初始化，主要对类变量进行初始化，在java中对类变量进行初始值设定有两种方式：a.声明类变量是指定初始值，b.静态代码块为类变量指定初始值；

jvm初始化：

a. 假如这个类还没有被加载和连接，则程序先加载并连接该类

b. 假如该类的直接父类还没有被初始化，则先初始化其直接父类

c. 假如类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句

类初始化时机：只有当对类的主动使用的时候才会导致类的初始化，类的主动使用包含：创建类的实例(new)；访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值；调用类的静态方法；反射(Class.froNname("全限定名"))；初始化某个类的子类，父类也会被初始化；java虚拟机启动时被标记为启动类的类，直接使用java.exe命令运行某个主类。

java虚拟机将结束生命周期:执行了system.exit()方法；程序正常执行结束；程序在执行过程中遇到了异常或者错误终止；由于操作系统出现错误导致java虚拟机进程终止；

       1.3类加载器

 

这里的父类加载器不是通过继承关系实现，而是采用组合实现的；在java虚拟机角度来讲，只有两种不同的加载器：启动类加载器(使用c++实现Hostpot，JDK1.5之后默认的虚拟机，有很多其他虚拟机是用java语言实现的)，是虚拟机自身的一部分；所有其他类的加载器：这些类加载器都由java语言实现的，独立于虚拟机之外，并且全部继承自抽象类java.lang.ClassLoader，这些类加载器需要由启动类加载器加载到内存之中才能加载其他的类；

启动类加载器：Bootstrap ClassLoader,负责加载存放在JDKPATH/jre/lib下，或者-Xvootclasspath参数指定的路径中，并且能被虚拟机识别的类库中，启动类加载器是无法被java程序直接引用的；

扩展类加载器：Extension ClassLoader，这个加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader来实现，它负责加载jdkpath/jre/lib/ext目录中，或者由java.ext.dirs系统变量指定的路径中所有的类库，开发者可以直接使用扩展类加载器

应用程序类加载器：Application ClassLoader，该类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader来实现，他负责加载用户类路径所指定的类，开发者可以直接使用该类加载器，如果应用程序中没有自定义自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器

2. jvm类加载机制

全盘负责：当一个类加载器负责加载某个class时，改class所依赖的和引用的其他class也将由该类加载器载入，除非显示使用另外一个类加载器来载入

父类委托：先让父类加载器试图加载该类，只有在父类加载器无法加载该类时才尝试从自己的类路径中加载该类

缓存机制：缓存机制将会保证所有加载过的class都会被缓存，当程序中需要某个class时，类加载器先从缓存区寻找该class，只有缓存区不存在，系统才会读取该类对应的二进制数据，并将其转换成class对象，存入缓存区，这也就是每次为啥修改了class后，必须重启jvm，程序修改才会生效；

3.类的加载

       3.1 类加载方式：

命令行启动应用时jvm初始化加载；通过class.forName()方法动态加载；通过classLoader.loaderClass()方法动态加载

       3.2 类加载方式区别

          3.2.1Class.forName()和ClassLoader()区别

Class.forName():将类的.class文件加载到jvm中之外，还会对类进行解释，执行类中的static快；

ClassLoader.loaderClass()：将.class文件加载到jvm中，不会执行static中的内容，只有在newInstance才会去执行static快；Class.forName(name,initialize,loader)带参函数也可以控制是否加载static快，并且只有调用newInstace()方法采用调用构造函数，创建类对象

4. 双亲委托模型：双亲委托模型的工作流程：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把请求委托给父加载器去完成，依次向上，因此，所有的类加载请求最终都应该被传递到顶层的启动类加载器中，只有当父加载器在它的搜索范围中没有找到所需要的类时，即无法完成该加载，子加载器才会尝试自己去加载该类。

双亲委托机制（系统类防止内存中出现多份同样的字节码；保证java程序安全稳定运行）

当AppClassLoader加载一个class时，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个类加载请求委托父类加载器ExtClassLoader去完成；

当ExtClassLoader加载一个class时，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把类加载请求委托给BootStrapClassLoader去完成

如果BootStrapClassLoader加载失败，会使用ExtClassLoader类尝试加载

若ExtClassLoader也加载失败，则会使用AppClassLoader来加载，如果使用AppClassLoader也加载失败，则会报出异常ClassnNotFoundException.