JVM-类加载过程

一、定义

类加载过程.png

从 class 文件到内存中的类，按先后顺序需要经过加载、链接以及初始化三大步骤。

二、Java 语言的类型

1.基本类型（primitive types）

Java 的基本类型，是由 Java 虚拟机预先定义好的。

类型	值域	默认值	虚拟机内部符号
boolean	{false,true}	false	Z
byte	[-128,127]	0	B
short	[-32768,32767]	0	S
char	[0,65535]	'\u0000'	C
int	[-231,231-1]	0	I
long	[-263,263-1]	0L	J
float	~[-3.4E38,3.4E38]	+0.0F	F
double	~[-1.8E308,1.8E308]	+0.0D	D

Java 的基本类型都有对应的值域和默认值。可以看到，byte、short、int、long、float 以及 double 的值域依次扩大，而且前面的值域被后面的值域所包含。因此，从前面的基本类型转换至后面的基本类型，无需强制转换。

他们的默认值看起来不一样，但在内存中都是 0。

2.引用类型（reference types）

• 类：有对应的字节流
• 接口：有对应的字节流
• 数组类：由 Java 虚拟机直接生成
• 泛型参数

无论是直接生成的数组类，还是加载的类，Java 虚拟机都需要对其进行链接和初始化。

由于泛型参数会在编译过程中被擦除，因此 Java 虚拟机实际上只有前三种。

三、加载

1.定义

查找字节流，并且据此创建类的过程

对于数组类来说，它并没有对应的字节流，而是由 Java 虚拟机直接生成的。
对于其他的类来说，Java 虚拟机则需要借助类加载器来完成查找字节流的过程。

2.类加载器

类加载器.png

• 启动类加载器（bootstrap class loader）：由 C++ 实现的，没有对应的 Java 对象，因此在 Java 中只能用 null 来指代。负责加载最为基础、最为重要的类，比如存放在 JRE 的 lib 目录下 jar 包中的类（以及由虚拟机参数 -Xbootclasspath 指定的类）
• 扩展类加载器（extension class loader）：Java 核心类库提供。负责加载相对次要、但又通用的类，比如存放在 JRE 的 lib/ext 目录下 jar 包中的类（以及由系统变量 java.ext.dirs 指定的类）
• 应用类加载器（application class loader）：Java 核心类库提供。负责加载应用程序路径下的类。（这里的应用程序路径，是指虚拟机参数 -cp/-classpath、系统变量 java.class.path 或环境变量 CLASSPATH 所指定的路径。）默认情况下，应用程序中包含的类便是由应用类加载器加载的。
• 自定义类加载器：除了由 Java 核心类库提供的类加载器外，可以加入自定义的类加载器，来实现特殊的加载方式。比如可以对 class 文件进行加密，加载时再利用自定义的类加载器对其解密。

除了加载功能之外，类加载器还提供了命名空间的作用。

在 Java 虚拟机中，类的唯一性是由类加载器实例以及类的全名一同确定的。即便是同一串字节流，经由不同的类加载器加载，也会得到两个不同的类。在大型应用中，往往借助这一特性，来运行同一个类的不同版本。

启动类加载器之外，其他的类加载器都是 java.lang.ClassLoader 的子类，因此有对应的 Java 对象。

3.双亲委派模型

一个类加载器在加载类时，先把这个请求委托给自己的父类加载器去执行，如果父类加载器还存在父类加载器，就继续向上委托，直到顶层的启动类加载器。如果父类加载器能够完成类加载，就成功返回，如果父类加载器无法完成加载，那么子加载器才会尝试自己去加载。

好处：双亲委派模可以避免类的重复加载，另外也避免了 Java 的核心 API 被篡改。

打破双亲委派：重写loadClass方法

四、链接

链接，是指将创建成的类合并至 Java 虚拟机中，使之能够执行的过程。它可分为验证、准备以及解析三个阶段。

1.验证

确保被加载类能够满足 Java 虚拟机的约束条件。
Java 编译器生成的类文件必然满足 Java 虚拟机的约束条件。

2.准备

为被加载类的静态字段分配内存。
部分 Java 虚拟机还会在此阶段构造其他跟类层次相关的数据结构，比如说用来实现虚方法的动态绑定的方法表。

在 class 文件被加载至 Java 虚拟机之前，这个类无法知道其他类及其方法、字段所对应的具体地址，甚至不知道自己方法、字段的地址。因此，每当需要引用这些成员时，Java 编译器会生成一个符号引用。在运行阶段，这个符号引用一般都能够无歧义地定位到具体目标上。

举例来说，对于一个方法调用，编译器会生成一个包含目标方法所在类的名字、目标方法的名字、接收参数类型以及返回值类型的符号引用，来指代所要调用的方法。

3.解析

将第二阶段的符号引用解析成为实际引用。如果符号引用指向一个未被加载的类，或者未被加载类的字段或方法，那么解析将触发这个类的加载（但未必触发这个类的链接以及初始化。）

Java 虚拟机规范并没有要求在链接过程中完成解析。它仅规定了：如果某些字节码使用了符号引用，那么在执行这些字节码之前，需要完成对这些符号引用的解析。

五、初始化

如果要初始化一个静态字段，可以在声明时直接赋值，也可以在静态代码块中对其赋值。

如果直接赋值的静态字段被 final 所修饰，并且它的类型是基本类型或字符串时，那么该字段便会被 Java 编译器标记成常量值（ConstantValue），其初始化直接由 Java 虚拟机完成。除此之外的直接赋值操作，以及所有静态代码块中的代码，则会被 Java 编译器置于同一方法中，并把它命名为 < clinit >。

类加载的最后一步是初始化，便是为标记为常量值的字段赋值，以及执行 < clinit > 方法的过程。Java 虚拟机会通过加锁来确保类的 < clinit > 方法仅被执行一次。

只有当初始化完成之后，类才正式成为可执行的状态。

类的初始化触发时机

• 1.当虚拟机启动时，初始化用户指定的主类；
• 2.当遇到用以新建目标类实例的 new 指令时，初始化 new 指令的目标类；
• 3.当遇到调用静态方法的指令时，初始化该静态方法所在的类；
• 4.当遇到访问静态字段的指令时，初始化该静态字段所在的类；
• 5.子类的初始化会触发父类的初始化；
• 6.如果一个接口定义了 default 方法，那么直接实现或者间接实现该接口的类的初始化，会触发该接口的初始化；
• 7.使用反射 API 对某个类进行反射调用时，初始化这个类；
• 8.当初次调用 MethodHandle 实例时，初始化该 MethodHandle 指向的方法所在的类。

public class Singleton {
  private Singleton() {}
  private static class LazyHolder {
    static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
  }
  public static Singleton getInstance() {
    return LazyHolder.INSTANCE;
  }
}

只有当调用 Singleton.getInstance 时，程序才会访问 LazyHolder.INSTANCE，才会触发对 LazyHolder 的初始化（对应第 4 种情况），继而新建一个 Singleton 的实例。
由于类初始化是线程安全的，并且仅被执行一次，因此程序可以确保多线程环境下有且仅有一个 Singleton 实例。

极客时间《深入拆解 Java 虚拟机》 学习笔记 Day07 - http://gk.link/a/11WCN