4. 虚拟机类加载机制（JVM）

标签（空格分隔）： JVM

概述

虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型

在Java里，类型的加载、连接和初始化过程都是在程序运行期间完成的，即运行期动态加载和动态连接。

类加载的时机

1. 类加载的过程必须按照加载、验证、准备、初始化和卸载的顺序按部就班的开始（这里说的开始，而不是进行或完成，强调这一点是因为这些阶段通常都是相互交叉地混合式进行的，通常会在一个阶段执行的过程中调用、激活另外一个阶段）
2. 以下5种情况必须对类进行“初始化”
   • 遇到new 、getstatic、putstatic、或invokestatic这4条字节码指令时，如果类没有进行初始化，则需要先触发其初始化
   • 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行过初始化，则需要先出发其初始化
   • 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化
   • 当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含main（）方法的那个类），虚拟机会先初始化这个主类
   • 当使用JDK1.7的动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getStatic REF_putStatic REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化
3. 以上5中场景的行为称为对一个类进行主动引用，除此之外，所有引用类的方式都不会触发初始化，称为被动引用
   • 通过子类引用父类的静态字段，不会导致子类初始化
   • 通过数组定义来引用类，不会触发此类的初始化
   • 常量在编译阶段会存入调用类的常量池中，本质上并没有直接引用定义常量的类，因此不会触发定义常量的类的初始化

类加载的过程

类加载.png

加载

1. 虚拟机完成的3件事情
   • 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流
   • 将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
   • 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
2. 数组类的加载阶段（数组类本身不通过类加载器创建，它是由Java虚拟机直接创建的）
   • 如果数组的组件类型（指的是数组去掉一个维度的类型）是引用类型，那么就递归采用本节中定义的加载过程去加载这个组件类型，数组C将在加载该组件类型的类加载器的类名空间上被标识
   • 如果数组的组件类型不是引用类型（例如int[]数组），Java虚拟机将会把数组C标记为与引导类加载器关联
   • 数组类的可见性与它的组件类型的可见性一致，如果组件类型不是引用类型，那数组类的可见性将默认为public

验证

1. 目的：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，并且不会危害虚拟机自身的安全
2. 大致的4个阶段
   • 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
   • 元数据验证：对字节码描述的信息进行语义分析，以保证其描述的信息符合Java语言规范的要求
   • 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的、符合逻辑的
   • 符号引用验证：可以看做是对类自身以外（常量池中的各种符号引用）

准备

1. 准备阶段是正式为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配
2. 这时候进行内存分配的仅包括类变量（被static修饰的变量），而不包括实例变量，实例变量将会在对象实例化时随着对象一起分配在Java堆中

解析

1. 目的：是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用
2. 符号引用和直接引用
   • 符号引用：符号引用以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任意形式的字面量，只要使用时能无歧义的定位到目标即可。符号引用与虚拟机实现的内存布局无关，引用的目标不一定已经加载到内存中，各种虚拟机实现的内存布局可以不相同，但是它们能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虚拟机规范的Class文件格式中
   • 直接引用：直接引用就是可以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。直接引用和虚拟机实现的内存布局相关的，同一个符号引用在不同虚拟机实例上翻译出来的直接引用一般不会相同。如果有了直接引用那引用的目标必定已经在内存中存在
3. 解析动作
   • 类或接口的解析
   • 字段解析
   • 类方法解析
   • 接口方法解析
   • 方法类型解析
   • 方法句柄解析
   • 调用点限定符解析

初始化

1. 概述：
   • 这个阶段才开始执行类中定义的Java程序代码（或者说字节码）
   • 初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法的过程

类加载器

在虚拟机外部实现“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流”的动作

类与类加载器

比较两个类是否“相等”，只有在这两个类是由同一个类加载器加载的前提下才有意义，否则，即使这两个类来源于同一个Class文件，被同一个虚拟机加载，只要加载它们的类加载器不同，那这两个类就必定不相等

这里所说的相等，包括代表类的Class对象的equals（）方法、isAssignableFrom（）方法、isInstance（）方法返回的结果，也包括使用instanceof关键字做对象所属关系判定等情况

双亲委派模型

破坏双亲委派模型