Java虚拟机——类加载机制

什么是类加载

Java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，这个过程被称作虚拟机的类加载机制。——《深入理解Java虚拟机》

在Java语言中，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。

类加载的过程

类的生命周期——摘自《深入理解Java虚拟机》

类加载的过程包括上图中的加载、验证、准备、解析以及初始化。

加载

1. 根据类的二进制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。
   • 在方法区中产生类的类型信息、常量、静态变量等信息。Class文件中的常量表也会被加载到方法区的运行时常量池。
   • 加载结束后，Java虚拟机外部的二进制字节流就按照虚拟机所设定的格式存储在方法区中，方法区中的数据存储格式完全由虚拟机实现自行定义。
2. 在堆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访问入口。
   • 类型数据妥善安置在方法区之后，会在Java堆内存中实例化一个java.lang.Class对象，这个对象作为程序访问方法区中的类型数据的外部接口。

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。这是类加载时辅助的过程，不关乎类加载的主要的步骤，暂时略过。

准备

正式为类中定义的变量(即静态变量，被static修饰的变量)分配内存并设置类变量初始值。概念模型上，这些变量的内存应该在方法区中进行分配，JDK8之后类变量则随着Class对象一起存放在堆空间。
在准备阶段仅对类变量进行内存分配，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在堆空间上分配。

解析

Java虚拟机将常量池内的符号引用替换为直接引用。虚拟机实现可以根据需要自行决定，在类被加载器加载时就对常量池中的符号引用进行解析，还是等待一个符号引用将被使用前才去解析它。

初始化

Java虚拟机在这初始化阶段才真正开始执行类中编写的Java程序代码。执行编译器生成的类构造器<clinit>()方法。<clinit>()方法赋值类变量和执行静态语句块中语句，所以不是必需的。<clinit>()方法在多线程环境下虚拟机保证被正确地加锁同步。
与实例构造器<init>()方法不同，<clinit>()方法不会显示调用父类构造器，虚拟机保证子类<clinit>()方法执行前，父类的<clinit>()方法已经执行完毕。由于父类的<clinit>()方法先执行，意味着父类中定义的静态语句块代码和静态变量赋值操作要优先于子类的操作。