JVM类加载机制

JVM类加载机制是通过类加载器ClassLoader来将.class文件加载到内存中，以便调用.class文件中封装好的功能

类加载器ClassLoader

1、什么是ClassLoader

ClassLoader是用来动态加载.class文件到内存中；Java虚拟机不会一次性加载所有.class文件到内存中，如果一次性加载的话会对系统内存造成很大的消耗，所以会动态根据程序的需要动态加载；Class文件只有被类加载器加载到内存中才能被其他.class文件引用。

2、ClassLoader的类型

从开发人员的角度：

启动（Bootstrap）类加载器：启动类加载器是使用C++语言实现的，是虚拟机自身的一部分，负责加载lib路径下的核心类库；

扩展（Extension）类加载器：扩展类加载器是使用Java语言实现的，它负责加载/lib/ext路径下的核心类库；

应用（Application）类加载器：它负责加载classpath路径下的类库，开发者可以直接使用该类加载器；

自定义（Custom）类加载器：用户自定义的类加载器；

从Java虚拟机的角度：

启动（Bootstrap）类加载器：这个类加载器使用C++语言实现，是虚拟机自身的一部分；

所有其他的类加载器：这些类加载器都由Java语言实现，独立于虚拟机外部，并且全部继承自抽象类java.lang.ClassLoader；

双亲委派模型

双亲委托模型规定了如何加载一个.class文件的顺序：当一个类加载器要加载.class文件的时候，首先不会自己去加载这个类，而是先委托给父级类加载器尝试加载，依次向上一直传递到顶层的启动类加载器，只有当父级类加载器搜索不到相关类去加载这个.class文件的时候，才会交给子类加载器进行处理。

双亲委派模型

每一层的类加载器都是父子关系，但是这种关系不是通过继承来实现的，而是通过组合关系来实现。

类加载的过程

类从被加载到虚拟机内存中开始、到卸载出内存为止，整个生命周期包括7阶段：

加载（Loading）

* 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换为方法区的运行时数据结构；
* 在Java堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这些数据的访问入口；

也就说把class字节码文件加载到虚拟机内存中。

验证（Verification）

验证的目的：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 。
主要有以下四个阶段的验证过程：

* 文件格式验证：第一阶段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；
*  元数据验证：第二阶段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；
*  字节码验证：第三阶段时整个验证过程中最复杂的一个阶段，主要工作是数据流和控制流的分析。在第二阶段对元数据信息中的数据类型做完校验后，这阶段将对类的方法体进行校验分析。这阶段的任务是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；
*  符号引用验证：最后一个阶段的校验发生在虚拟机将符号引用直接转化为直接引用的时候，这个转化动作将在连接的第三个阶段－解析阶段产生。符号引用验证可以看作是对类自身以外（常量池中的各种符号引用）的信息进行匹配性的校验；

也就说验证加载到内存中的字节码文件是否符合虚拟机的要求，如果符合才进行下一步操作。

准备（Preparation）

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，这些内存都将在方法区进行分配。

也就说分配一个数据结构来存储类的所有信息。

解析（Resolution）

解析阶段是虚拟机将常量池的符号引用转换为直接引用的过程。解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法四类符号引用进行：

* 类或接口的解析
* 字段解析
* 类方法解析
* 接口方法解析

也就说把引用指向分配的内存地址。

初始化（Initialization）

前面的类加载过程中，除了在加载阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器参与之外，其余动作完全由Java虚拟机主导和控制。到了初始化阶段，才真正开始执行类中定义的Java程序代码（或者说是字节码）。

与『准备』阶段的区分：在准备阶段，变量已经赋过一次系统要求的初始值，而在初始化阶段，则是根据程序员通过程序制定的主观计划去初始化类变量和其他资源，或者说初始化阶段是执行类构造器()方法的过程。

也就说执行静态初始化程序，把静态变量初始化为指定的值。

使用（Using）

卸载（Unloading）

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Android中的ClassLoader

1、BootClassLoader：主要加载Android Framework层的字节码文件

2、PathClassLoader：类似于AppClassLoader，加载已经安装到系统中的apk文件中的class字节码文件

3、DexClassLoader：类似于CustomeClassLoader，加载指定目录下的class字节码文件

4、BaseDexClassLoader：PathClassLoader和DexClassLoader的基类

PathClassLoader和DexClassLoader的区别：

DexClassLoader可以从SD卡中加载未安装的apk、jar、dex文件；
PathClassLoader只能加载系统中已经安装过的apk文件；

补充

其中类加载的过程包括了加载、验证、准备、解析、初始化五个阶段。在这五个阶段中，加载、验证、准备和初始化这四个阶段发生的顺序是确定的，而解析阶段则不一定，它在某些情况下可以在初始化阶段之后开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定（也成为动态绑定或晚期绑定）。另外注意这里的几个阶段是按顺序开始，而不是按顺序进行或完成，因为这些阶段通常都是互相交叉地混合进行的，通常在一个阶段执行的过程中调用或激活另一个阶段。

参考

《深入理解Java虚拟机》第2版 第7章 虚拟机类加载机制