类加载器机制

类加载截止：虚拟机把类的数据从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。

一、类加载过程

加载、验证、准备、初始化、卸载这几个阶段顺序是确定的。为了支持Java语言的动态绑定，解析阶段可以在初始化阶段之后再开始。

1.加载

1.通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流
2.将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
3.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

非数组类

加载阶段既可以使用系统提供的引导类加载器来完成，也可以由用户自定义的类加载器去完成，开发人员可以通过定义自己的类加载器去控制字节流的获取方式(即重写一个类加载器的loadClass()方法)。

数组类

不通过类加载器创建，是由Java虚拟机直接创建的。数组类的类型是元素类型，最终要靠类加载器区创建。
1.如果数组是组件类型是引用类型，递归加载这个组件类型，数组类将在加载该组件类型的类加载器的类名称空间上被标识(一个类必须与类加载器一起确定唯一性).
2.如果数组的组件类型不是引用类型，Java虚拟机将会把数组类标记为与引导类加载器关联。
3.数组类的可见性与组件一致。如果不是引用类型，默认为public。

加载阶段完成后，虚拟机外部的二进制字节流存储在方法区，存储格式由虚拟机实现自定义。然后再内存中实例化一个java.lang.Class类的对象，这个对象将作为程序访问方法区中的这些类型数据的外部接口。

2.验证

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，并且不危害虚拟机自身的安全。

文件格式验证

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。验证基于二进制字节流，只有通过了这个阶段，字节流才会进入内存的方法区中进行存储。
例：是否一魔数0xCAFEBABE开头、主次版本号是否在当前虚拟机处理范围之内等。

元数据验证

对字节码描述的信息进行语义分析，保证描述的信息符合Java语言规范的要求。验证基于方法区的存储结构
例：这个类是否有父类，这个类的父类是否继承了不允许被继承的类等

字节码验证

通过数据流和控制流分析，确定程序语义是合法、符合逻辑的。对类的方法进行校验分析，保证被校验类的方法在运行时不会危害虚拟机安全。验证基于方法区的存储结构。
例：保证任意时刻操作数栈的数据类型与质量代码序列能配合工作、保证跳转指令不会跳转到方法体以外的字节码指令上。

符号引用验证

校验发生在虚拟机将符号转换为直接引用时，转化动作发送在解析阶段。对类自身以外（常量池中的各种符号引用）的信息进行匹配性校验。验证基于方法区的存储结构，目的是确保解析动作能在正常执行，如果不能通过验证，将会抛出java.lang.IncompatibleClassChangeError异常的子类，如IllegalAccessError、NoSuchFieldError、NoSuchMethodError等
例：符号引用中通过字符串描述的全限定名是否能找到对应的类、在指定类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等。

3.准备

正式为类变量分配内存并设置类变量初始值(通常指默认值0或null)的阶段，在方法区进行分配(JDK7是使用永久代实现方法区，JDK8类变量随着Class对象放在Java堆)。这时候分配的仅包括类变量(被static修饰的变量)，实例变量会在对象实例化时随着对象一起分配在Java堆中。

如果类字段的字段属性表中存在ConstantValue属性(同时被final和static修饰，并且为基本类型或String)，准备阶段变量value会被初始化为ConstantValue指定的值。

4.解析

虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。

符号引用：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。引用的目标不一定加载到内存中，各种虚拟机内存布局可以不同，但是接受的符号引用必须是一致的，因为符号引用的字面量形式明确定义在Java虚拟机的规范的Class文件格式。

直接引用：可以使直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能简介定位到目标的句柄。有了直接引用，目标必定在内存中。

类或接口的解析
字段解析
类方法解析
接口方法解析

5.初始化

以下5种情况必须对类进行从“初始化”：

1.遇到new(使用new实例化对象)、 getstatic(读取一个类的静态字段)、putstatic(设置一个类的静态字段)或invokestatic(调用一个类的静态方法)这四个字节码指令时。
2.进行反射调用时
3.初始化一个类时，如果父类没有初始化，先出法父类初始化
4.虚拟机启动时，主类必须初始化
5.当时有JDK1.7的动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结构REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法句柄对应的类没有初始化。
6.当一个接口中定义了JDK8新加入的默认方法时时，如果有这个接口的实现类发生了初始化，那该接口要在其之前被初始化。

1.通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化
2.通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化
3.常量在编译阶段存入调用类的常量池，本质上并没有直接引用到定义常量的类，不会触发定义常量类的初始化

初始化阶段是执行类构造器来进行初始化变量。

1.是由编译器自动收集类中的所有变量的赋值动作和静态语句块（static块）中的语句合并产生的。
2.不需要显示的调用父类构造器，子类的执行之前，父类以及执行完毕。Object第一个被执行。
3.父类中定义的静态语句块优先于子类的变量赋值操作
4.如果一个类中没有静态语句块，也没有对变量的赋值操作，编译器可以不为这类生成方法
5.执行接口的方法不需要先执行父接口的方法，只有当接口中定义的变量使用时，父接口才会初始化。接口的实现类在初始化时，不会执行接口的方法。

二、类加载器

任何一个类，都需要由加载它的类加载器和这个类本身一同确立其在Java虚拟机中的唯一性，每一个类加载器都有一个独立的类名称空间。比较两个类是否相等，建立在两个类是由同一个类加载器加载的前提下，类加载器不同，类必不相等。

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader），使用C++实现，虚拟机自身的一部分。
负责将存放\lib目录中的，或者被-Xbootclasspath参数所指的的路径中的，并且虚拟机识别的类库加载到虚拟机内存中。

其他类加载器，Java语言实现，独立于虚拟机外部，全部实现都继承java.lang.ClassLoader
1.应用程序类加载器（Application ClassLoader）:是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值，也称为系统类加载器。负责加载用户类路径上所指定的类库。
2.扩展类加载器（Extension ClassLoader）：负责将\lib\ext目录中的，或者被java.ext.dirs系统变量知道的路径中的所有类库。

三、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，其余的类加载器都应该有自己的父加载器。使用组合方式。

如果一个类加载器收到了类加载的请求，首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的家在请求最终都传到最顶层的启动类加载器，只有当父类加载器无法完成时，子加载器才会尝试自己去加载。

优势？

1.Java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系，通过这种层级关可以避免类的重复加载，当父亲已经加载了该类时，就没有必要子ClassLoader再加载一次。
2.java核心api中定义类型不会被随意替换，假设通过网络传递一个名为java.lang.Integer的类，通过双亲委托模式传递到启动类加载器，而启动类加载器在核心Java API发现这个名字的类，发现该类已被加载，并不会重新加载网络传递的过来的java.lang.Integer，而直接返回已加载过的Integer.class，这样便可以防止核心API库被随意篡改.