Java類加載機(jī)制實(shí)現(xiàn)步驟解析

一、類的加載過(guò)程

JVM將類的加載分為3個(gè)步驟：

1、裝載（Load）

2、鏈接（Link）

3、初始化（Initialize）

其中 鏈接（Link）又分3個(gè)步驟，如下圖所示：

1)

裝載：查找并加載類的二進(jìn)制數(shù)據(jù)（查找和導(dǎo)入Class文件）

加載是類加載過(guò)程的第一個(gè)階段，在加載階段，虛擬機(jī)需要完成以下三件事情：

1、通過(guò)一個(gè)類的全限定名來(lái)獲取其定義的二進(jìn)制字節(jié)流。

2、將這個(gè)字節(jié)流所代表的靜態(tài)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為方法區(qū)的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

3、在Java堆中生成一個(gè)代表這個(gè)類的java.lang.Class對(duì)象，作為對(duì)方法區(qū)中這些數(shù)據(jù)的訪問入口。

相對(duì)于類加載的其他階段而言，加載階段（準(zhǔn)確地說(shuō)，是加載階段獲取類的二進(jìn)制字節(jié)流的動(dòng)作）是可控性最強(qiáng)的階段，因?yàn)殚_發(fā)人員既可以使用系統(tǒng)提供的類加載器來(lái)完成加載，也可以自定義自己的類加載器來(lái)完成加載。

加載階段完成后，虛擬機(jī)外部的 二進(jìn)制字節(jié)流就按照虛擬機(jī)所需的格式存儲(chǔ)在方法區(qū)之中，而且在Java堆中也創(chuàng)建一個(gè)java.lang.Class類的對(duì)象，這樣便可以通過(guò)該對(duì)象訪問方法區(qū)中的這些數(shù)據(jù)。

2) 鏈接（分3個(gè)步驟）

1、驗(yàn)證：確保被加載的類的正確性

驗(yàn)證是連接階段的第一步，這一階段的目的是為了確保Class文件的字節(jié)流中包含的信息符合當(dāng)前虛擬機(jī)的要求，并且不會(huì)危害虛擬機(jī)自身的安全。驗(yàn)證階段大致會(huì)完成4個(gè)階段的檢驗(yàn)動(dòng)作：

文件格式驗(yàn)證：驗(yàn)證字節(jié)流是否符合Class文件格式的規(guī)范；例如：是否以0xCAFEBABE開頭、主次版本號(hào)是否在當(dāng)前虛擬機(jī)的處理范圍之內(nèi)、常量池中的常量是否有不被支持的類型。

元數(shù)據(jù)驗(yàn)證：對(duì)字節(jié)碼描述的信息進(jìn)行語(yǔ)義分析（注意：對(duì)比javac編譯階段的語(yǔ)義分析），以保證其描述的信息符合Java語(yǔ)言規(guī)范的要求；例如：這個(gè)類是否有父類，除了java.lang.Object之外。

字節(jié)碼驗(yàn)證：通過(guò)數(shù)據(jù)流和控制流分析，確定程序語(yǔ)義是合法的、符合邏輯的。

符號(hào)引用驗(yàn)證：確保解析動(dòng)作能正確執(zhí)行。

驗(yàn)證階段是非常重要的，但不是必須的，它對(duì)程序運(yùn)行期沒有影響，如果所引用的類經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證，那么可以考慮采用-Xverifynone參數(shù)來(lái)關(guān)閉大部分的類驗(yàn)證措施，以縮短虛擬機(jī)類加載的時(shí)間。

2、準(zhǔn)備：為類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存，并將其初始化為默認(rèn)值

準(zhǔn)備階段是正式為類變量分配內(nèi)存并設(shè)置類變量初始值的階段，這些內(nèi)存都將在方法區(qū)中分配。對(duì)于該階段有以下幾點(diǎn)需要注意：

1、這時(shí)候進(jìn)行內(nèi)存分配的僅包括類變量（static），而不包括實(shí)例變量，實(shí)例變量會(huì)在對(duì)象實(shí)例化時(shí)隨著對(duì)象一塊分配在Java堆中。

2、這里所設(shè)置的初始值通常情況下是數(shù)據(jù)類型默認(rèn)的零值（如0、0L、null、false等），而不是被在Java代碼中被顯式地賦予的值。

假設(shè)一個(gè)類變量的定義為：public static int value = 3； 那么變量value在準(zhǔn)備階段過(guò)后的初始值為0，而不是3，因?yàn)檫@時(shí)候尚未開始執(zhí)行任何Java方法，而把value賦值為3的putstatic指令是在程序編譯后，存放于類構(gòu)造器<clinit>（）方法之中的，所以把value賦值為3的動(dòng)作將在初始化階段才會(huì)執(zhí)行。

3、解析：把類中的符號(hào)引用轉(zhuǎn)換為直接引用

解析階段是虛擬機(jī)將常量池內(nèi)的符號(hào)引用替換為直接引用的過(guò)程，解析動(dòng)作主要針對(duì)類或接口、字段、類方法、接口方法、方法類型、方法句柄和調(diào)用限定符7類符號(hào)引用進(jìn)行。符號(hào)引用就是一組符號(hào)來(lái)描述目標(biāo)，可以是任何字面量。
直接引用就是直接指向目標(biāo)的指針、相對(duì)偏移量或一個(gè)間接定位到目標(biāo)的句柄。

3) 初始化：對(duì)類的靜態(tài)變量，靜態(tài)代碼塊執(zhí)行初始化操作

初始化，為類的靜態(tài)變量賦予正確的初始值，JVM負(fù)責(zé)對(duì)類進(jìn)行初始化，主要對(duì)類變量進(jìn)行初始化。在Java中對(duì)類變量進(jìn)行初始值設(shè)定有兩種方式：

①聲明類變量是指定初始值。

②使用靜態(tài)代碼塊為類變量指定初始值。

類的初始化

類什么時(shí)候才被初始化：

1）創(chuàng)建類的實(shí)例，也就是new一個(gè)對(duì)象

2）訪問某個(gè)類或接口的靜態(tài)變量，或者對(duì)該靜態(tài)變量賦值

3）調(diào)用類的靜態(tài)方法

4）反射（Class.forName("com.lyj.load")）

5）初始化一個(gè)類的子類（會(huì)首先初始化子類的父類）

6）JVM啟動(dòng)時(shí)標(biāo)明的啟動(dòng)類，即文件名和類名相同的那個(gè)類 只有這6中情況才會(huì)導(dǎo)致類的類的初始化。

類的初始化步驟 / JVM初始化步驟：

1）如果這個(gè)類還沒有被加載和鏈接，那先進(jìn)行加載和鏈接

2）假如這個(gè)類存在直接父類，并且這個(gè)類還沒有被初始化（注意：在一個(gè)類加載器中，類只能初始化一次），那就初始化直接的父類（不適用于接口）

3 ) 假如類中存在初始化語(yǔ)句（如static變量和static塊），那就依次執(zhí)行這些初始化語(yǔ)句。

類的加載

類的加載指的是將類的.class文件中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)存中，將其放在運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的方法區(qū)內(nèi)，然后在堆區(qū)創(chuàng)建一個(gè)這個(gè)類的Java.lang.Class對(duì)象，用來(lái)封裝類在方法區(qū)類的對(duì)象。

類的加載的最終產(chǎn)品是位于堆區(qū)中的Class對(duì)象。 Class對(duì)象封裝了類在方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且向Java程序員提供了訪問方法區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的接口。
加載類的方式有以下幾種：

1）從本地系統(tǒng)直接加載

2）通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載.class文件

3）從zip，jar等歸檔文件中加載.class文件

4）從專有數(shù)據(jù)庫(kù)中提取.class文件

5）將Java源文件動(dòng)態(tài)編譯為.class文件（服務(wù)器）

6）命令行啟動(dòng)應(yīng)用時(shí)候由JVM初始化加載

7）通過(guò)Class.forName()方法動(dòng)態(tài)加載

8）通過(guò)ClassLoader.loadClass()方法動(dòng)態(tài)加載

加載器

JVM的類加載是通過(guò)ClassLoader及其子類來(lái)完成的，類的層次關(guān)系和加載順序可以由下圖來(lái)描述：

1）Bootstrap ClassLoader負(fù)責(zé)加載$JAVA_HOME中 jre/lib/rt.jar 里所有的class或Xbootclassoath選項(xiàng)指定的jar包。由C++實(shí)現(xiàn)，不是ClassLoader子類。

2）Extension ClassLoader負(fù)責(zé)加載java平臺(tái)中擴(kuò)展功能的一些jar包，包括$JAVA_HOME中jre/lib/*.jar 或 -Djava.ext.dirs指定目錄下的jar包。

3）App ClassLoader負(fù)責(zé)加載classpath中指定的jar包及 Djava.class.path 所指定目錄下的類和jar包。

4）Custom ClassLoader通過(guò)java.lang.ClassLoader的子類自定義加載class，屬于應(yīng)用程序根據(jù)自身需要自定義的ClassLoader，如tomcat、jboss都會(huì)根據(jù)j2ee規(guī)范自行實(shí)現(xiàn)ClassLoader。

加載過(guò)程中會(huì)先檢查類是否被已加載，檢查順序是自底向上，從Custom ClassLoader到BootStrap ClassLoader逐層檢查，只要某個(gè)classloader已加載，就視為已加載此類，保證此類只所有ClassLoader加載一次。而加載的順序是自頂向下，也就是由上層來(lái)逐層嘗試加載此類。

結(jié)束生命周期

在如下幾種情況下，Java虛擬機(jī)將結(jié)束生命周期

1、執(zhí)行了System.exit()方法

2、程序正常執(zhí)行結(jié)束

3、程序在執(zhí)行過(guò)程中遇到了異?；蝈e(cuò)誤而異常終止

4、由于操作系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤而導(dǎo)致Java虛擬機(jī)進(jìn)程終止

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