类加载机制
目录
1、概念
2、类加载过程
3、类加载器
4、双亲委派
5、类的卸载
6、对象创建过程
1、概念
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（将类的字节码载入方法区中，内部采用 C++ 的 instanceKlass 描述 java 类），然后在堆区创建一个java.lang.Class对象，用来封装类在方法区内的数据结构。类的加载的最终产品是位于堆区中的Class对象，Class对象封装了类在方法区内的数据结构，并且向Java程序员提供了访问方法区内的数据结构的接口。
instanceKlass 描述 java 类，它的重要 field 有：
- _java_mirror 即 java 的类镜像，例如对 String 来说，就是 String.class，作用是把 klass 暴露给 java 使用
- _super 即父类
- _fields 即成员变量
- _methods 即方法
- _constants 即常量池
- _class_loader 即类加载器
- _vtable 虚方法表
- _itable 接口方法表
注意：
- instanceKlass 这样的【元数据】是存储在方法区（1.8 后的元空间内），但 _java_mirror（就是java.lang.Class对象） 是存储在堆中
- static 变量在 JDK 7 之前存储于 instanceKlass 末尾（方法区），从 JDK 7 开始，存储于 _java_mirror 末尾（堆）
2、类加载过程
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。其中准备、验证、解析3个部分统称为连接（Linking）。如图所示。
加载、验证、准备、初始化和卸载这5个阶段的顺序是确定的，类的加载过程必须按照这种顺序按部就班地开始，而解析阶段则不一定：它在某些情况下可以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（也称为动态绑定或晚期绑定）。
1、加载（Loding）
1、通过一个类的全限定名（比如com.zxhx.test.HelloWorld.class）来获取其定义的二进制字节流。
2、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。
3、在Java堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为对方法区中这些数据的访问入口。
2、链接（Linking）
链接包含三个部分：验证（Verification），准备（Preparation），解析（Resolution）。
- 验证（Verification）：确保被加载类的正确性。这一阶段的目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。验证阶段主要包括四个检验过程：文件格式验证、元数据验证、字节码验证和符号引用验证。
- 准备（Preparation）：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堆中。（如果 static 变量是 final 的基本类型，以及字符串常量，那么编译阶段值就确定了，赋值在准备阶段完成；如果 static 变量是 final 的，但属于引用类型，那么赋值也会在初始化阶段完成）
- 解析（Resolution）：把类中的符号引用转化为直接引用（比如说方法的符号引用，是有方法名和相关描述符组成，在解析阶段，JVM把符号引用替换成一个指针，这个指针就是直接引用，它指向该类的该方法在方法区中的内存位置）。解析包含：类或接口的解析、字段解析、类方法解析、接口方法解析。
3、初始化（Initialization）
在链接的准备阶段，类的静态变量已赋过一次初始值（默认值），而在初始化阶段，则是为静态变量赋指定值。例子：在准备阶段num1和num2的初始值为0，在初始化阶段，会将num1设置为10，num2设置为20。
public class Test {
private static int num1 = 10;
private static int num2 = 20;
}
- 所有类变量初始化语句和静态代码块都会在编译时被前端编译器放在收集器里头，存放到一个特殊的方法中，这个方法就是
方法，即类/接口初始化方法，该方法只能在类加载的过程中由JVM调用； - 编译器收集的顺序是由语句在源文件中出现的顺序所决定的，静态语句块中只能访问到定义在静态语句块之前的变量；
- 如果超类还没有被初始化，那么优先对超类初始化，但在
方法内部不会显示调用超类的 方法，由JVM负责保证一个类的 方法执行之前，它的超类 方法已经被执行。 - JVM必须确保一个类在初始化的过程中，如果是多线程需要同时初始化它，仅仅只能允许其中一个线程对其执行初始化操作，其余线程必须等待，只有在活动线程执行完对类的初始化操作之后，才会通知正在等待的其他线程。(所以可以利用静态内部类实现线程安全的单例模式)
- 如果一个类没有声明任何的类变量，也没有静态代码块，那么可以没有类
方法；
何时触发初始化？
- 为一个类型创建一个新的对象实例时（比如new、反射、序列化）
- 调用一个类型的静态方法时（即在字节码中执行invokestatic指令）
- 调用一个类型或接口的静态字段，或者对这些静态字段执行赋值操作时（即在字节码中，执行getstatic或者putstatic指令），不过用final修饰的静态字段除外，它被初始化为一个编译时常量表达式
- 调用JavaAPI中的反射方法时（比如调用java.lang.Class中的方法，或者java.lang.reflect包中其他类的方法）
- 初始化一个类的派生类时（Java虚拟机规范明确要求初始化一个类时，它的超类必须提前完成初始化操作，接口例外）
- JVM启动包含main方法的启动类时。
3、类加载器
1、启动类加载器(Bootstrap ClassLoader)
1、用来加载Java的核心库，主要加载的是JVM自身所需要的类，使用C++实现，并非继承于java.lang.ClassLoader,是JVM的一部分
2、负责加载JAVA_HOME\jre\lib目录中的，或者-Xbootclasspath参数指定的路径中的，且被虚拟机认可[注1]的类。开发者无法直接获取到其引用
3、JVM是按文件名识别的，如rt.jar，如果文件名不被虚拟机识别，即使把jar包放在lib目录下也没有作用，同时启动加载器只加载包名为java,javax,sun等开头的类。且java是特殊包名，开发者的包名不能以java开头，如果自定义了一个java.***包来让类加载器加载，那么就会抛出异常java.lang.SecurityException: Prohibited package name: java.***
2、扩展类加载器(Extension ClassLoader)
用来加载Java的扩展库。负责加载JAVA_HOME\jre\lib\ext目录中的，或通过系统变量java.ext.dirs指定路径中的类库。由java语言实现。开发者可以直接使用。
3、应用程序类加载器(Application ClassLoader)
负责加载用户路径(classpath)上的类库。开发者可以直接使用。可以通过ClassLoader.getSystemClassLoader()获得。一般情况下程序的默认类加载器就是该加载器。
4、自定义类加载器
要创建用户自己的类加载器，只需要继承java.lang.ClassLoader类，然后覆盖它的findClass(String name)方法即可，即指明如何获取类的字节码流。
如果要符合双亲委派规范，则重写findClass方法（用户自定义类加载逻辑）；要破坏的话，重写loadClass方法(双亲委派的具体逻辑实现)。
4、双亲委派
当一个类加载器收到类加载请求的时候，它首先不会自己去加载这个类的信息，而是把该请求转发给父类加载器，依次向上。所以所有的类加载请求都会被传递到父类加载器中，只有当父类加载器中无法加载到所需的类，子类加载器才会自己尝试去加载该类。当当前类加载器和所有父类加载器都无法加载该类时，抛出ClassNotFindException异常。
作用：
1、防止重复加载同一个.class
2、保证核心.class不被篡改，提高系统安全性
5、类的卸载
1、 有JVM自带的三种类加载器（根、扩展、系统（application））加载的类始终不会卸载。因为JVM始终引用这些类加载器，这些类加载器使用引用他们所加载的类，因此这些Class类对象始终是可到达的。
2、由用户自定义类加载器加载的类，是可以被卸载的。
JVM中的Class只有满足以下三个条件，才能被GC回收，也就是该Class被卸载（unload）：
- 该类所有的实例都已经被GC，也就是JVM中不存在该Class的任何实例
- 加载该类的ClassLoader已经被GC
- 该类的java.lang.Class 对象没有在任何地方被引用，如不能在任何地方通过反射访问该类的方法
6、对象创建过程
- 首次创建对象时，类中的静态方法/静态字段首次被访问时，Java 解释器必须先查找类路径，以定位 .class 文件；
- 然后载入 .class（这将创建一个 Class 对象），有关静态初始化的所有动作都会执行。因此，静态初始化只在 Class 对象首次加载的时候进行一次；
- 当用 new 方法创建对象时，首先再堆上为对象分配足够的存储空间；
- 这块存储空间会被清零，这就自动地将对象中的所有基本类型数据都设置成了缺省值（对数字来说就是 0，对 boolean 和 str 也相同），而引用则被设置成了 null；
- 执行所有出现于字段定义处的初始化动作（非静态对象的初始化）；
- 执行构造器。
clinit方法
Java 在编译之后会在字节码文件中生成 clinit 方法，称之为类构造器。类构造器同实例构造器一样，也会将静态语句块，静态变量初始化，收敛到 clinit 方法中，收敛顺序为：
- 父类静态变量（静态语句块）初始化
- 子类静态变量（静态语句块）初始化
若父类为接口，则不会调用父类的 clinit 方法。一个类可以没有 clinit 方法。
init方法
Java 在编译之后会在字节码文件中生成 init 方法，称之为实例构造器，该实例构造器会将语句块，变量初始化，调用父类的构造器等操作收敛到 init 方法中，收敛顺序为：
- 父类变量（语句块）初始化
- 父类构造函数
- 子类变量（语句块）初始化
- 子类构造函数
收敛到 init 方法的意思是：将这些操作放入到 init 中去执行。
clinit 方法是在类加载过程中执行的，而 init 是在对象实例化执行的，所以 clinit 一定比 init 先执行。当首次创建一个对象时，对象中成员初始化的顺序是：
- 父类静态变量和静态语句块（执行顺序由代码编写顺序确定）初始化
- 子类静态变量和静态语句块（执行顺序由代码编写顺序确定）初始化
- 父类实例变量和语句块（执行顺序由代码编写顺序确定）初始化
- 父类构造函数
- 子类实例变量和语句块（执行顺序由代码编写顺序确定）初始化
- 子类构造函数