了解虚拟机类加载机制

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什么是虚拟机的类加载机制？
虚拟机将描述类的数据从 .Class 文件加载到内存，并对数据进行校验，转换，解析，初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型。

简单来讲就是将 .Class 文件的二进制数据加载到内存中，具体是放在方法区中，方法区保存了该Class对象的数据结构。然后在堆中创建该 Class 对象，并指向方法区的类的数据结构。堆中的Class对象对外提供访问方法区内的数据结构的接口。

加载 .Class 文件的方式有以下几种：
①从本地系统中直接加载
②通过网络下载 .Class 文件
③从zip，jar等归档文件中加载.class文件
④ 从专有数据库中提取.class文件
⑤ 将Java源文件动态编译为.class文件

类加载的过程
类从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存为止，整个生命周期包括七个阶段：加载，验证，准备，解析，初始化，使用，卸载。其中验证，准备，解析统称为连接。

生命周期如下图所示

类的生命周期

加载，验证，准备，初始化和卸载这五个阶段的顺序是确定的，必须按照这五个阶段顺序来开始，而不是按顺序进行或完成（这些阶段通常会交叉式混合进行，在一个阶段执行过程中调用另一个阶段）。解析阶段可能会因为Java语言的运行时绑定可以在初始化阶段之后开始。

什么情况下会进行类的“初始化”阶段？
在Java虚拟机中并没有强制规定什么情况下需要开始类的“加载”阶段，但是对类的“初始化”阶段进行了严格的规定。目前有且只有五个情况下必须立即对类进行初始化。

①遇到new，getstatic，putstatic，invokestatic这四条字节码指令时。比如使用new实例化对象；读取或者设置一个静态字段（final修饰的字段除外，在编译阶段就已经把结果放入常量池了）；调用一个类的静态方法

②使用Java.lang.reflect包的方法进行反射调用时。

③初始化一个类，其父类还没初始化时

④虚拟机启动时会先初始化一个主类（比如 main 方法）

⑤在使用JDK1.7的动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle 实例最后解析的结果为REF_getStatic，REF_putstatic，REF_ invokestatic的方法的句柄，并且这个方法句柄对应的类还没有被初始化时。

以上五种情况叫做对一个类的主动引用。除此之外，其他所有引用类的方式都不会触发初始化，称为被动引用。

被动引用的例子说明

/**
* 被动引用情景1
* 通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类的初始化
*/
class SuperClass{
        static{
                System.out.println("super class init.");
        }
        public static int value=123;
}

class SubClass extends SuperClass{
        static{
                System.out.println("sub class init.");
        }
}

public class test{
        public static void main(String[]args){
                System.out.println(SubClass.value);
        }
        
}
----output----
super class init.
123

对于引用静态字段，只有直接定义这个静态字段的类才会被初始化。

/**
* 被动引用情景2
* 通过数组引用来引用类，不会触发此类的初始化
*/
public class test{
        public static void main(String[] args){
                SuperClass s_list=new SuperClass[10];
        }
}
------output-----
没有输出

/**
* 被动引用情景3
* 常量在编译阶段会被存入调用类的常量池中，本质上并没有引用到定义常量类类，所以自然不会触发定义常量的类的初始化
*/
class ConstClass{
        static{
                System.out.println("ConstClass init.");
        }
        public final static String value="hello";
}

public class test{
        public static void main(String[] args){
                System.out.println(ConstClass.value);
        }
}
---output---
hello

在编译的时候，ConstClass.value已经被转变成hello常量放进test类的常量池里面了，因此不会触发初始化。

以上是针对类进行的初始化操作，同样接口也要初始化，其初始化过程跟类是一致的，但是加载过程与类不太一致。比如上面的例子都是使用static{}静态语句块来输出初始化信息，而接口中不能使用static{}，但是编译器会为接口生成“”类构造器，用来初始化接口中的成员变量。

接口真正与类有所区别的地方在于类的主动引用中的第三种情况：
当一个类进行初始化时，要求其父类必须全部都已经初始化，这在接口中并不要求父接口全部都完成初始化，只有在真正使用到父接口的时候它才会被初始化（比如引用接口中定义的常量）。