JVM之类加载机制

1. 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

在java中，类型的加载和连接过程都是在程序运行期间完成的，这样会在类加载时稍微增加一些性能开销，但是为用JAVA 应用程序提供了高度的灵活性，JAVA可动态扩展的语言特性就是依赖运行期间动态加载和动态链接这个特点实现的

2. 类加载的时机

类冲被加载到虚拟机内存开始，到卸载内存为止，整个生命周期包括了加载（Loading）、验证（Verification）、准备（Preparation）、解析（Resolution）、初始化（Initialization）、使用（Using）、卸载（Unloading），其中验证、准备、解析三个部分统称为连接

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加载、验证、准备、初始化和卸载这五个阶段的顺序是确定的，累的加载过程必须按照这种顺序按部就班的开始，而解析阶段却不一定：它可以在初始化以后再开始，实现动态绑定

对于初始化阶段，虚拟机规定有且只有4中情况必须理解对类进行初始化（而加载、验证、准备需在此之前开始）：

遇到new、getstatuc、putstatic、或invokestatic这4条字节码指令时，如果类没有进行初始化，则需要见触发其初始化。生成这4条治疗的最常见的JAVA代码场景是：使用new 关键字实例化对象的时候、读取或设置一个累的静态字段的时候，以及调用一个类的静态方法的时候
使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候
当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行初始化，则需要先触发其父类的初始化
当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类，虚拟机会先初始化这个类

3. 类加载的过程

3.1 加载

在加载阶段，虚拟机需要完成三件事：

通过一个类全限定名来获取此类的二进制字节流
通过这个字节流所代表的的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
java堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这些数据的访问入口

对于加载没有指明从哪里获取，所以产生了许多JAVA技术：

从zip包中读取，最终成为日和的JAR、EAR、WAR格式的基础
从网络中获取，最典型的应用就是Applet
运行时计算生成，使用最多的就是动态代理技术
由其他问价拟声词，典型场景：jsp应用
.......

相对于类加载的其他过程，加载阶段（准确的说是获取类的二进制字节流）是开发期可控性最强的阶段，既可以使用系统提供的类加载器完成，也可以自定义类加载器。

3.2 验证

验证是连接阶段的第一步，目的是确保class文件的字节流包含的信息符合虚拟机要求。

大致完成四个阶段的验证过程

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，并且能够被当前版本虚拟机处理
元数据验证

第二阶段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

第三个阶段是最复杂的，主要是进行数据流和控制流分析
符号引用验证

最后一个阶段的校验发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个阶段----解析阶段中发生。

3.3 准备

准备阶段是为类变量（静态变量）分配内存并设置类变量初始值的阶段。如static int a = 100;静态变量a就会在准备阶段被赋默认值0。

对于一般的成员变量是在类实例化时候，随对象一起分配在堆内存中。

另外，静态常量（static final filed）会在准备阶段赋程序设定的初值，如static final int a = 666; 静态常量a就会在准备阶段被直接赋值为666，对于静态变量，这个操作是在初始化阶段进行的。

3.4 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

3.5 初始化

类初始化是类加载过程的最后一步，前面的类加载过程中，除了加载阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器参与外，其余动作完全由虚拟机主导和控制。到了初始化阶段，在真正执行执行类中定义的JAVA程序代码

所做的是把静态变量赋值为初始值，执行static{}静态代码块。

从另外一个角度看，初始化阶段就是执行类构造器()方法的过程：

()是由编译自动收集类中的所有类变量（static 变量）和静态语句块中的语句合并产生的
()方法与类的构造函数不同，它不需要显示的调用父类的构造器，虚拟机会保证在子类的()方法执行之前，父类的()已经执行完毕，所以父类的静态语句块要优先于子类的变量赋值操作，如下，字段B的值将会是2而不是1
```
static class Parent{
    public static int A=1;
    static{
        A=2;
    }
}

static class Sub extend Parent{
    public static int B=A;
}

public static void main(String[] args){
    System.out.println(Sub.B)
}
```
()方法对于类或接口来说并不是必须的，如果类中没有静态语句块或静态变量的赋值操作，编译器可以不为这个类生成()
接口不能使用静态语句块，但任然有变量初始化的赋值操作，因此接口与类一样都会生成()，但接口与类不同的是，执行接口的()方法不需要先执行父接口的()。只有当父接口中定义的变量被使用时，父接口才会被初始化。另外，接口的实现类在初始化时一样不会执行接口的()
虚拟机会保证一个类的()在多线程环境中被正确的加锁和同步。只有一个线程可以执行()方法，其他线程会阻塞等待。若在()方法有耗时很长的操作，可能造成多个进场阻塞

类加载器

绝大部分JAVA程序都会使用到一下三种系统提供的类架加载器：

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：负责将存放在\lib 目录中的或者被 -Xbootclasspath参数所制定的路径中的，并且是虚拟机识别的类库加载到虚拟机内存中。启动类加载器无法被JAVA程序直接引用，使用C++语言实现
扩展类加载器（Extension ClassLoader）：这个类加载器由sum.misc.Launcher.$ExtClassLoader实现，它负责加载\lib\ext目录中的，或者被java.ext.dis系统变量所制定的路径中的所有类库
应用程序类加载器（Application ClassLoader）：这个类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader来实现。由于这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader() 方法的返回值，所以被称为系统类加载器。它负责加载用户类路径（ClassPath）上所制定的类库。

应用程序由三种类加载互相配合进行加载，关系如图：

img

图中的类加载器之间的层次关系，被称为类加载器的双亲委派模型。双亲委派模型要求除了顶层的启动类加载器外，其余类加载器都应当有自己的父类加载器。类加载器之间的父子关系一般不会以继承的关系实现，而是组合关系来服用父加载器的代码

双亲委派模型的工作过程：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它会把这个请求委派给父类加载器去完成，依次递归到顶层的启动类加载器中，当父加载器无法完成这个请求，子加载器才会尝试自己加载

双亲委派模型的优点：JAVA类随着类加载器一起具备了带有优先级的层次关系。例如如我们要加载java.lang.Object类，无论我们用哪个类加载器去加载Object类，这个加载请求最终都会委托给Bootstrap ClassLoader，这样就保证了所有加载器加载的Object类都是同一个类。如果没有双亲委派模型，那就乱了套了，完全可能搞出多个不同的Object类。