类加载过程

参考博客 https://www.cnblogs.com/xiaoxian1369/p/5498817.html

前言

• “代码编译的结果从本地机器码转变为字节码，是存储格式发展的一小步，却是变成语言发展的一大步” ------《深入理解JAVA虚拟机》

• JAVA源码编译由三个过程组成：

  1. 源码编译机制。
  2. 类加载机制
  3. 类执行机制

概念

• 类的生命周期是从被加载到虚拟机内存中开始，到卸载出内存结束。过程共有七个阶段，其中到初始化之前的都是属于类加载的部分

• 加载----验证----准备----解析-----初始化----使用-----卸载

加载时机

• 系统可能在第一次使用某个类时加载该类，也可能采用预加载机制来加载某个类，当运行某个java程序时，会启动一个java虚拟机进程，两次运行的java程序处于两个不同的JVM进程中，两个jvm之间并不会共享数据。

加载过程

加载阶段

• 这个流程中的加载是类加载机制中的一个阶段，这两个概念不要混淆，这个阶段需要完成的事情有：
  1）通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。
  2）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。
  3）在java堆中生成一个代表这个类的Class对象，作为访问方法区中这些数据的入口。
  加载阶段即可以使用系统提供的类加载器在完成，也可以由用户自定义的类加载器来完成。加载阶段与连接阶段的部分内容(如一部分字节码文件格式验证动作)是交叉进行的，加载阶段尚未完成，连接阶段可能已经开始。

验证

• 验证是连接阶段的第一步，这一阶段的目的是为了确保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。

• Java语言本身是相对安全的语言，使用Java编码是无法做到如访问数组边界以外的数据、将一个对象转型为它并未实现的类型等，如果这样做了，编译器将拒绝编译。但是，Class文件并不一定是由Java源码编译而来，可以使用任何途径，包括用十六进制编辑器(如UltraEdit)直接编写。如果直接编写了有害的“代码”(字节流)，而虚拟机在加载该Class时不进行检查的话，就有可能危害到虚拟机或程序的安全。

• 不同的虚拟机，对类验证的实现可能有所不同，但大致都会完成下面四个阶段的验证：文件格式验证、元数据验证、字节码验证和符号引用验证。
  1. 文件格式验证，是要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。如验证魔数是否0xCAFEBABE；主、次版本号是否正在当前虚拟机处理范围之内；常量池的常量中是否有不被支持的常量类型……该验证阶段的主要目的是保证输入的字节流能正确地解析并存储于方法区中，经过这个阶段的验证后，字节流才会进入内存的方法区中存储，所以后面的三个验证阶段都是基于方法区的存储结构进行的。
  2. 元数据验证，是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。可能包括的验证如：这个类是否有父类；这个类的父类是否继承了不允许被继承的类；如果这个类不是抽象类，是否实现了其父类或接口中要求实现的所有方法……
  3. 字节码验证，主要工作是进行数据流和控制流分析，保证被校验类的方法在运行时不会做出危害虚拟机安全的行为。如果一个类方法体的字节码没有通过字节码验证，那肯定是有问题的；但如果一个方法体通过了字节码验证，也不能说明其一定就是安全的。
  4. 符号引用验证，发生在虚拟机将符号引用转化为直接引用的时候，这个转化动作将在“解析阶段”中发生。验证符号引用中通过字符串描述的权限定名是否能找到对应的类；在指定类中是否存在符合方法字段的描述符及简单名称所描述的方法和字段；符号引用中的类、字段和方法的访问性(private、protected、public、default)是否可被当前类访问

• 验证阶段对于虚拟机的类加载机制来说，不一定是必要的阶段。如果所运行的全部代码确认是安全的，可以使用-Xverify：none参数来关闭大部分的类验证措施，以缩短虚拟机类加载时间。

准备阶段

• 这个阶段正式为类变量（被static修饰的变量）分配内存并设置类变量初始值，这个内存分配是发生在方法区中。
  1. 注意这里并没有对实例变量进行内存分配，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。
  2. 这里设置的初始值，通常是指数据类型的零值。

  private static int a = 3;
  

• 这个类变量a在准备阶段后的值是0，将3赋值给变量a是发生在初始化阶段。

解析

• 解析阶段是虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。
  • 符号引用（Symbolic Reference）：符号引用以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要使用时能无歧义地定位到目标即可。符号引用与虚拟机实现的内存布局无关，引用的目标并不一定已经加载到内存中。
  • 直接引用（Direct Reference）：直接引用可以是直接指向目标的指针、相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。直接引用是与虚拟机实现的内存布局相关的，如果有了直接引用，那么引用的目标必定已经在内存中存在。

初始化阶段

• 初始化是类加载机制的最后一步，这个时候才正真开始执行类中定义的JAVA程序代码。在前面准备阶段，类变量已经赋过一次系统要求的初始值，在初始化阶段最重要的事情就是对类变量进行初始化，关注的重点是父子类之间各类资源初始化的顺序。

• java类中对类变量指定初始值有两种方式：1、声明类变量时指定初始值；2、使用静态初始化块为类变量指定初始值。

• 初始化阶段的时机（主动引用）

  1. 创建类的实例
  2. 访问类的静态变量(除常量【被final修辞的静态变量】原因:常量一种特殊的变量，因为编译器把他们当作值(value)而不是域(field)来对待。如果你的代码中用到了常变量(constant variable)，编译器并不会生成字节码来从对象中载入域的值，而是直接把这个值插入到字节码中。这是一种很有用的优化，但是如果你需要改变final域的值那么每一块用到那个域的代码都需要重新编译。
  3. 访问类的静态方法
  4. 反射如(Class.forName("my.xyz.Test"))
  5. 当初始化一个类时，发现其父类还未初始化，则先出发父类的初始化
  6. 虚拟机启动时，定义了main()方法的那个类先初始化

• 初始化的步骤

  1. 如果该类还没有加载和连接，则程序先加载该类并连接。
  2. 如果该类的直接父类没有加载，则先初始化其直接父类。
  3. 如果类中有初始化语句，则系统依次执行这些初始化语句。
  • 在第二个步骤中，如果直接父类又有直接父类，则系统会再次重复这三个步骤来初始化这个父类，依次类推，JVM最先初始化的总是java.lang.Object类。当程序主动使用任何一个类时，系统会保证该类以及所有的父类都会被初始化。