虚拟机类加载机制

          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。

类加载的时机
          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）

 

类加载的过程：

1、加载

•       a、通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流
•       b、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
•       c、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
•       针对a，没有明确二进制字节流必须要从一个Class文件中获取，言外之意是可以从其它文件格式中读取，例如最为人熟知的JSP，由JSP文件生成对应的Class类。还有从ZIP包中读取。
•       “加载” 阶段完成后，虚拟机外部的二进制字节流就按照虚拟机所需要的格式存储在方法区中，方法区中的数据存储格式由虚拟机自行定义，在内存中实例化一个java.lang.Class类的对象，这个对象将作为程序防卫方法区中的这些类型数据的外部接口。
•       “加载阶段”与“连接阶段”的部分内容是交叉进行的，加载阶段尚未完成，连接阶段可能已经开始，但这些夹杂在加载阶段之中进行操作的动作，仍然属于连接阶段的内容，这两个阶段的开始时间仍然保持着固定的先后顺序。

2、验证

      验证的目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，也就是说确保Class文件中的字节流信息不回危害到虚拟机自身的安全，就好比我们在写函数时做的一些参数的校验，例如是否参数为空等等操作。验证阶段大致包含以下4个阶段的检验动作。

      a、文件格式验证（第一阶段）

•       验证字节流是否符合Class文件格式的规范，并且能被当前版本的虚拟机处理。例如需要满足以下几点条件：
•       是否以魔术0xCAFEBABE开头
•       主、次版本号是否在当前虚拟机处理范围之内
•       常量池的冲凉中是否有不被支持的常量类型等等......
•       只有通过了这个阶段的验证后，字节流才会进入内存的方法区中进行存储。后面的3个验证阶段都是基于方法区的存储结构进行的，不会再次操作字节流。

      b、元数据验证（第二阶段）

•       这个类是否有父类
•       这个类的父类是否继承了不被允许继承的类（被final修饰的类）      
•       如果这个类不是抽象类，是否实现了其父类或接口之中要求实现的所有方法
•       类中的字段、方法是否与父类产生矛盾
•       第二阶段的主要目的是对类的元数据信息进行语义校验，保证存在的元数据信息都是符合java语言规范的。
•       c、字节码验证
•       主要目的是通过数据流和控制流分析，确定语义是合法的、符合逻辑的。此阶段将对方法体进行分析，保证校验类的方法不会做出危害虚拟机的行为。
•       保证任意时刻操作数栈的数据类型与指令代码序列都能配合工作，不会出现int类型的数据，加载出来的变量确实long类型
•       保证跳转指令不会跳转到方法体意外的字节码指令上

      ......

      d、符号引用验证（第四阶段）

•       此阶段放生在虚拟机将“符号引用”转化为“直接引用”的时候，这个转化动作将在连接的第三阶段，解析阶段中发生。
•       符号引用，通过字符串描述的全限定名手能找到对应的类
•       在指定类中是否存在符合方法的字段描述符以及简单名称所描述的方法和字段
•       符号引用中的类、字段、方法的访问性（private、protected、public、default）是否可被当前类访问。
•       如果所运行的代码已经被反复使用和验证过，可以在实施阶段考虑关闭大部分的类验证措施，缩短虚拟机类加载的时间。

3、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，这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分
配。这个阶段中有两个容易产生混淆的概念需要强调一下，首先，这时候进行内存分配的仅包括类变量（被static
修饰的变量），而不包括实例变量，实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在Java堆中。其次，这里所说
的初始值“通常情况”下是数据类型的零值，假设一个类变量的定义为：

      public static int value=123；

      那变量value在准备阶段过后的初始值为0而不是123，因为这时候尚未开始执行任何Java方法，而把value赋值
为123的putstatic指令是程序被编译后，存放于类构造器＜clinit＞（）方法之中，所以把value赋值为123的动作
将在初始化阶段才会执行。在“通常情况”下初始值是零值，那相对的会有一些“特殊情况”：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，假设上面类变量
value的定义变为：

     public static final int value=123；

编译时Javac将会为value生成ConstantValue属性，在准备阶段虚拟机就会根据ConstantValue的设置将value
赋值为123。

4、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。解析阶段中所说的直接引用与符号引用又有什么关联？

符号引用（Symbolic References）：

符号引用以一组符号来描述所引用的目标，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。符号引用与虚拟机实现的内存布局无关，引用的目标并不一定已经加载到内存中。各种虚拟机实现的内存布局可以各不相同，但是它们能接受的符号引用必须都是一致的，因为符号引用的字面量形式明确定义在Java虚拟机规范的Class文件格式中。

直接引用（Direct References）：

直接引用可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。直接引用是和虚拟机实现的内存布局相关的，同一个符号引用在不同虚拟机实例上翻译出来的直接引用一般不会相同。如果有了直接引用，那引用的目标必定已经在内存中存在。

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。

1.类或接口的解析
           假设当前代码所处的类为D，如果要把一个从未解析过的符号引用N解析为一个类或接口C的直接引用，那虚拟机完成整个解析的过程需要以下3个步骤：

•  如果C不是一个数组类型，那虚拟机将会把代表N的全限定名传递给D的类加载器去加载这个类C。在加载过程中，由于元数据验证、字节码验证的需要，又可能触发其他相关类的加载动作，例如加载这个类的父类或实现的接口。一旦这个加载过程出现了任何异常，解析过程就宣告失败。
• 如果C是一个数组类型，并且数组的元素类型为对象，也就是N的描述符会是类似“[Ljava/lang/Integer”的形式，那将会按照第1点的规则加载数组元素类型。如果N的描述符如前面所假设的形式，需要加载的元素类型就是“java.lang.Integer”，接着由虚拟机生成一个代表此数组维度和元素的数组对象。
• 如果上面的步骤没有出现任何异常，那么C在虚拟机中实际上已经成为一个有效的类或接口了，但在解析完成之前还要进行符号引用验证，确认D是否具备对C的访问权限。如果发现不具备访问权限，将抛出java.lang.IllegalAccessError异常。

2.字段解析
      要解析一个未被解析过的字段符号引用，首先将会对字段表内class_index[2]项中索引的CONSTANT_Class_info符号引用进行解析，也就是字段所属的类或接口的符号引用。如果在解析这个类或接口符号引用的过程中出现了任何异常，都会导致字段符号引用解析的失败。如果解析成功完成，那将这个字段所属的类或接口用C表示，虚拟机规范要求按照如下步骤对C进行后续字段的搜索。

• 1）如果C本身就包含了简单名称和字段描述符都与目标相匹配的字段，则返回这个字段的直接引用，查找结
• 束。
• 2）否则，如果在C中实现了接口，将会按照继承关系从下往上递归搜索各个接口和它的父接口，如果接口中包
• 含了简单名称和字段描述符都与目标相匹配的字段，则返回这个字段的直接引用，查找结束。
• 3）否则，如果C不是java.lang.Object的话，将会按照继承关系从下往上递归搜索其父类，如果在父类中包含
• 了简单名称和字段描述符都与目标相匹配的字段，则返回这个字段的直接引用，查找结束。
• 4）否则，查找失败，抛出java.lang.NoSuchFieldError异常。
• 如果查找过程成功返回了引用，将会对这个字段进行权限验证，如果发现不具备对字段的访问权限，将抛出
• java.lang.IllegalAccessError异常。

在实际应用中，虚拟机的编译器实现可能会比上述规范要求得更加严格一些，如果有一个同名字段同时出现在C的接口和父类中，或者同时在自己或父类的多个接口中出现，那编译器将可能拒绝编译。如果注释了Sub类中的“public static int A=4；”，接口与父类同时存在字段A，那编译器将提示“The field Sub.A is ambiguous”，并且拒绝编译这段代码。

字段解析
package org.fenixsoft.classloading；
public class FieldResolution{
interface Interface0{
int A=0；
}
interface Interface1 extends Interface0{
int A=1；
}
interface Interface2{
int A=2；
}
static class Parent implements Interface1{
public static int A=3；
}
static class Sub extends Parent implements Interface2{
public static int A=4；
}
public static void main（String[]args）{
System.out.println（Sub.A）；
}
}
3.类方法解析
类方法解析的第一个步骤与字段解析一样，也需要先解析出类方法表的class_index[3]项中索引的方法所属的
类或接口的符号引用，如果解析成功，我们依然用C表示这个类，接下来虚拟机将会按照如下步骤进行后续的类方
法搜索。
1）类方法和接口方法符号引用的常量类型定义是分开的，如果在类方法表中发现class_index中索引的C是个
接口，那就直接抛出java.lang.IncompatibleClassChangeError异常。
2）如果通过了第1步，在类C中查找是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法，如果有则返回这个方法
的直接引用，查找结束。
3）否则，在类C的父类中递归查找是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法，如果有则返回这个方法的
直接引用，查找结束。
4）否则，在类C实现的接口列表及它们的父接口之中递归查找是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方
法，如果存在匹配的方法，说明类C是一个抽象类，这时查找结束，抛出java.lang.AbstractMethodError异常。
5）否则，宣告方法查找失败，抛出java.lang.NoSuchMethodError。
最后，如果查找过程成功返回了直接引用，将会对这个方法进行权限验证，如果发现不具备对此方法的访问权
限，将抛出java.lang.IllegalAccessError异常。
4.接口方法解析
接口方法也需要先解析出接口方法表的class_index[4]项中索引的方法所属的类或接口的符号引用，如果解析
成功，依然用C表示这个接口，接下来虚拟机将会按照如下步骤进行后续的接口方法搜索。

• 与类方法解析不同，如果在接口方法表中发现class_index中的索引C是个类而不是接口，那就直接抛出
• java.lang.IncompatibleClassChangeError异常。
• 否则，在接口C中查找是否有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法，如果有则返回这个方法的直接引
• 用，查找结束。
• 否则，在接口C的父接口中递归查找，直到java.lang.Object类（查找范围会包括Object类）为止，看是否
• 有简单名称和描述符都与目标相匹配的方法，如果有则返回这个方法的直接引用，查找结束。
• 否则，宣告方法查找失败，抛出java.lang.NoSuchMethodError异常。
• 由于接口中的所有方法默认都是public的，所以不存在访问权限的问题，因此接口方法的符号解析应当不会抛
• 出java.lang.IllegalAccessError异常。