由一道面試題理解類加載機(jī)制

前言
不了解JVM的類加載機(jī)制你也可以coding,但是當(dāng)你了解之后，可以讓你在coding的時候避免很多坑，本文將以一道常見的面試題去剖析一下。本文參考 深入理解Java虛擬機(jī)（第2版） 。

 1 public class ClassLoadTest {
 2    private static ClassLoadTest test = new ClassLoadTest();
 3
 4    static int x;
 5    static int y = 0;
 6
 7    public ClassLoadTest() {
 8        x++;
 9        y++;
10    }
11
12    public static void main(String[] args) {
13        System.out.println(test.x);
14        System.out.println(test.y);
15    }
16}

這里大家可以先猜測一下答案，可能結(jié)果會出乎你的意料~

類加載過程

先用一個圖簡單的描述一下類加載的這個過程

加載
這個過程相當(dāng)于從本地或者網(wǎng)絡(luò)端去讀取一個字節(jié)流，然后將一些靜態(tài)儲存結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成方法區(qū)中運(yùn)行時期的數(shù)據(jù)，最后生成一個代表這個類的Class對象，作為方法區(qū)訪問這個類的入口。

例如：

• 咱們可以通過一個類的全限定名去加載類

• 通過jar、war包去加載類

• 通過http請求去第三方平臺上拉取指定的類來加載

• 運(yùn)行時計算生成，例如Cglib動態(tài)代理等等

針對上述例子，這里是加載一個?ClassLoadTest.class?對象。

驗證

要理解這個環(huán)節(jié)并不是很難，一個東西要放到JVM上去運(yùn)行，咱們肯定得對其進(jìn)行一些過濾，不能啥都往上丟，這里的驗證簡單的舉幾個例子:

• 文件格式的驗證：?
  ①是否以魔數(shù)0xCAFEBABE開頭；?
  ②主次版本號是否在當(dāng)前虛擬機(jī)處理范圍內(nèi)；?
  ③常量池中的常量是否有不被支持的常量類型等等。

• 元數(shù)據(jù)的驗證：?
  ①這個類是否有父類；?
  ②這個類的父類是否繼承了不被允許繼承的類(final修飾的類)；?
  ③這個類不是抽象類，是否實(shí)現(xiàn)了所有接口中要實(shí)現(xiàn)的方法等等。

• 字節(jié)碼的驗證：
  ①保證跳轉(zhuǎn)指令不會跳轉(zhuǎn)到方法體以外的字節(jié)碼指令上；?
  ②保證方法體中的類型轉(zhuǎn)換是有效的等等。

• 符號引用的驗證：?
  ①能否通過類的全限定名去找到對應(yīng)的類；?
  ②符號引用中的類、字段、方法是否可以被當(dāng)前類訪問等等。

準(zhǔn)備過程

這個過程相當(dāng)于給類變量分配內(nèi)存并設(shè)置變量初始值的階段，這些變量所使用的內(nèi)存都將在方法區(qū)中進(jìn)行分配。

針對上述例子：

1test = null;
2x = 0;
3y = 0;

注意：這里有個特殊情況，如果該字段被?final?修飾，那么在準(zhǔn)備階段改字段就會被設(shè)置成咱們自定義的值。?public static final int?value?= 11?,在準(zhǔn)備階段就會直接賦值11，并不是該變量的初始值。

解析過程

將符號引用轉(zhuǎn)換成直接引用的過程。這里有兩個名詞?符號引用?和?直接引用?。

• 符號引用：符號引用與虛擬機(jī)的布局無關(guān)，甚至引用的目標(biāo)不一定加載到了內(nèi)存中。符號可以是任何形式的字面量，只要使用時能夠準(zhǔn)確的定位到目標(biāo)即可。

• 直接引用：直接引用可以直接指向目標(biāo)的指針、相對偏移量或是一個能間接定位到目標(biāo)的句柄。直接引用與虛擬機(jī)布局有關(guān)，如果有了直接引用，那么引用的目標(biāo)必定已經(jīng)在內(nèi)存中存在。

而解析過程又會針對類、字段、方法進(jìn)行解析，解析失敗則會拋出相應(yīng)的異常。例如在解析時發(fā)現(xiàn)沒有訪問權(quán)限會拋出?java.lang.IllegalAccessException?異常，查詢不到引用字段會拋出?java.lang.NoSuchFieldException?異常，查詢不到方法會拋出?java.lang.NoSuchMethodException?異常等等。

初始化

在準(zhǔn)備階段，變量已經(jīng)賦值過系統(tǒng)要求的默認(rèn)值，在初始化階段，則會根據(jù)程序制定的主觀計劃去初始化類變量和其他資源。這句話聽起來有些繞口，根據(jù)上述例子，實(shí)際上就是：

1test = new ClassLoadTest();// x = 1;y =1
2y = 0;

這個過程，由于?x?咱們自己并沒有去設(shè)定一個值，所以初始化階段它不會發(fā)生任何改變,但是?y?咱們有設(shè)定一個值0，所以最后造成最終結(jié)果為?x = 1;y = 0?。

ps：在同一個類加載器下，一個類只會初始化一次。多個線程同時初始化一個類，只有一個線程能正常初始化，其他線程都會進(jìn)行阻塞等待，直到活動線程執(zhí)行初始化方法完畢。

總結(jié)

對于上面這個面試題，咱們用流程圖簡單的描述一下：

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