类加载机制

1.类加载的时机与作用

一段java程序在被执行的过程中，需要经历以下几个阶段

1.编译器将.java文件编译成.class 文件。

在class文件中，包含了对应的类或接口的定义信息。可以理解为，class文件是.java文件的二进制字节流表示。内部存放的数据有：常量池，访问标志，当前类索引、父类索引和接口索引的集合，字段表集合（类中声明的变量），方法表集合等，他们共同描述了一个类的信息。值得注意的是，每个class文件一定对应一个类，但反过来未必成立，例如动态生成的类信息，直接生成二进制字节流送入类加载器完成类加载。因此广义上来讲，class并不一定要是一个文件，也可以仅仅就是一串二进制字节流。

编译

2.类加载过程

class文件本质上是对某个类的静态描述，他需要被加载到内存，转化成运行时数据，才能被虚拟机执行，这个加载到内存的过程就是类加载过程。类加载完成之后，在方法区内存放了类的类型信息、常量、静态变量(jdk8之后随类对象存储在堆内)等信息，在堆中存放了与class文件对应的Class对象。顺带提一嘴，通过Class对象，可以获取到类的字段、方法、构造器等信息，它是反射的基础。

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3.字节码执行引擎解释执行指令

在这个阶段，字节码执行引擎根据指令，去操作内存中的数据，完成计算任务。

类加载的作用

可以看到，类加载在程序执行的过程中起到了承上启下的作用，将静态的二进制字节流数据转化为了运行时数据，供执行引擎去操作数据。如图，加载-验证-准备-解析-初始化这五个阶段都属于类加载过程。

类型的生命周期

类加载的时机

虚拟机规范并没有严格规定什么时候开始类加载。但是，规定了6种必须对类进行初始化的情况,它们被称为主动引用。由于初始化类对象需要在加载、验证、准备之后进行，因此这三步必然要在这之前完成。这里前4种是非常常见的，需要深刻掌握。

• 1. 遇到new, getstatic, putstatic, invokestatic这四条字节码指令的时候，如果类型还没有被初始化，则需要初始化。关于这四条指令，也比较好理解。
     • new :实例化对象
     • getstatic/putstatic: 读取/设置类的静态字段（被final修饰的静态常量除外）
     • incokestatic: 调用类的静态方法
• 2. 通过反射对类进行调用的时候，需要确保类已经被初始化过。也好理解，反射的核心是Class对象。
• 3. 当前类被初始化时，要先确保其父类已被初始化。
• 4. 虚拟机启动时，要执行的主类(包含main方法的那个类)要先被初始化。
• 5. 接口中定义了默认方法(被default修饰，可以有方法体的方法，比较少见)，当该接口的实现类初始化时，该接口需要先被初始化
• 6. 不理解，没见过，先不写。

除了这6种外，所有其他对类的引用都不会触发类的初始化，他们被称为被动引用。 可以参考《深入理解jvm第三版》p264的例子来理解主动引用与被动引用。

2.类加载的过程

1. 加载

加载是类加载过程的第一步，在类加载器的控制下，将二进制字节流转化为运行时数据。加载阶段需要完成3件事。

• 1. 根据类的全限定名获取对应的二进制字节流
• 2. 将二进制字节流转化成方法区的运行时数据结构
• 3. 在堆中创建代表这个类的java.lang.Class对象 ，作为方法区内数据的访问入口。

这里二进制字节流的获取，有多种方式，源文件也可以有多种形式。比较常见的形式有：

1. 从压缩包中获取，如jar包，war包等。
2. 在程序运行时，动态计算产生。应用场景：动态代理。
3. 最常见的，编译.java文件生成.class文件

2. 验证

验证的作用是确保Class文件内的信息符合虚拟机规范的要求，保证程序运行过程中的安全。

3. 准备

为类变量（即静态变量）分配内存，并设初始值。(0, null, false ...)。
有两点需要留意：

1. 从概念上讲，应当在方法区内为静态变量赋初值，但实际上jdk8以后，静态变量随着类对象一起存放在堆内存中。
2. 准备阶段并不会为非静态变量(即实例变量)分配内存，实例变量会在对象实例化的时候，分配内存并赋初始。

4. 解析

将常量池中符号引用替换成直接引用。举个例子，在解析完成之前，被引用的目标还没有被加载到内存中，只能先用一个符号来表示，如"java.lang.Object"。解析的作用就是，在引用的对象被加载到内存中以后，将引用替换成指向该对象的指针或句柄。需要被解析的引用有：类或接口的解析、字段解析、方法解析、接口方法解析。
解析的发生时间并没有严格规定，它并非一定发生在准备和初始化之间。

5. 初始化

在初始化之前，加载-验证-准备这3步必然是完成了，部分的解析工作也可能完成了。类对象中的类变量都是系统默认的初始值，初始化阶段的作用就是给这些类变量赋予我们在代码中指定的值。
在初始化阶段，需要执行类构造器（与实例对象的构造器区分开来）。类构造器并非我们直接编写的方法，而是编译器收集类变量的赋值语句和static代码块的产物。说人话就是，初始化阶段就是对静态变量赋值和执行静态代码块的过程。

3.类加载器

1.类与类加载器--如何确定类的唯一性

对于同一份二进制文件，如果将它载入内存的方式不同，那么得到的类也不一样。对于任意一个类，它在java虚拟机中的唯一性由类本身和类加载器共同决定。

2.双亲委派模型

对于程序员而言，类加载架构为3层加载器、双亲委派模型。

类加载模型

1. 模型说明：

   • 启动类加载器主要用于负责加载<JAVA_HOME>\lib目录下和jt.rt等系统类库下的类，不能被程序直接引用
   • 扩展类加载器用于加载扩展类库的类，如<JAVA_HOME>\lib\ext目录下的类
   • 应用类加载器用于加载用户类路径下的所有类库。

2. 模型工作流程

   • 阶段1:向上委派。 类加载器收到加载某个类的请求，它并不直接去加载这个类，而是将请求委派给父类去完成，直到委派到最上层的类加载器。
   • 阶段2： 加载。 只要最上层的类加载器能完成加载，那么就由最上层的加载。如果不能，就向下去找剩余的里面最上层能加载的去加载。

3. 作用和缺点
   作用：优先级保证，确保类的唯一性。举个例子：对于java.lang.Object类，在双亲委派模型下，无论哪个类加载器要加载这个类，都要通过启动类加载器加载，因此在系统中只可能有一个java.lang.Object。如果没有双亲委派模型，那么就可能出现多个Object类，这显然是不合理的。
   缺点： 参考破坏双亲委派模型，暂时无法理解。