【深入浅出JVM】——类加载过程

冷不防 2022-05-24 04:09 206阅读 0赞

# 概念 #

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，解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型，这就是虚拟机的类加载机制。类加载流程：加载；（验证，准备，解析）三者统称为连接；初始化；使用；卸载。

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# 类加载 #

通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制流

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

在内存中生成一个代表这个类的Class对象，作为这个类的各种数据的访问入口

**加载通俗易懂的说就是：将类的class文件读入内存，并为之创建一个java.lang.Class对象。**

类加载是由类加载器完成，类加载器通常由jvm提供，由jvm提供的类加载器通常称为系统类加载器。此外开发者可以通过继承ClassLoader基类创建自己的类加载器。

## 何为类加载器？ ##

把类加载过程中“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流”这个动作放到Java虚拟机外部去实现，让应用程序自己决定如何获取所需要的类。实现这个过程代码模块称为**类加载器**。

**注意**：只有被同一个类加载器加载的类才可能会相等。相同的字节码被不同的类加载器加载的类不相等。

## 类加载器种类 ##

**启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）**

由JVM本身实现，用C++实现，是虚拟机的一部分，用于加载Javahome下的lib目录下的类，加载是Java的核心类

**扩展类加载器（Extension ClassLoader）**

加载Javahome下/lib/ext目录下的类

**应用程序类加载器（System ClassLoader）**

加载用户类路径上的所指定的类库

**自定义类加载器 **

定义一个类，继承ClassLoader并重写loadClass方法或者findClass都可以。推荐重写findClass方法，这样可以避免覆盖默认类加载器的父类委托，缓冲机制两种策略。

loadClass方法为ClassLoader的入口点，根据指定名称来加载类，系统就是调用ClassLoader的该方法获取指定类对应的Class对象。而且程序用loadClass()方法找不到，就再调用findClass再找。

###     优势 ###

高度的灵活性

通过自定义类加载器可以实现热部署

代码加密

## 类加载机制 ##

**全盘负责**

一个类加载器负责加载某个Class时，该Class所依赖的和引入用的其他Class也将由该类加载器负责载入。

**父类委托**

在JDK1.2开始，Java虚拟机规范推荐开发者使用这种方式进行类加载。

1、一个类加载器收到类加载请求，首先不会自己尝试自己去加载这个类，而是把类加载请求委派给父类加载器完成。

2、每一层的类加载器都把类加载请求委派给父类加载器，直到所有类加载请求都应该传递给顶层的启动类加载器

3、如果顶层类加载无法完成加载请求，子类加载器尝试去加载，如果连最初发起类加载请求的类加载器都无法完成加载请求时，将会抛出ClassNotFoundException，而不再调用其他子类加载器去进行类加载。

优点：使得类加载具有了一种带优先级的层次关系，使得越基础的类，越是被上层的类加载器进行加载，保证了Java程序的稳定运行。

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**缓存机制**

保证所有被加载过程Class都会被缓存，当程序需要这个Class时，类加载器先从缓存中查询class，只有当缓存中没有的时候，系统才会读取该类对应的二进制数据，并将其转换为Class对象，存入缓存区。这也是为什么修改了class后需要重新启动jvm，程序才会生效的原因。

## 类加载过程 ##

1、分配内存保存类信息

2、给类变量赋默认值

3、加载父类（执行静态代码块）

4、设置父子关系

# 连接 #

### **验证** ###

验证是连接的第一步，目的确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，不会危害虚拟机自身的安全。

验证包括如下内容

文件格式验证

元数据验证

字节码验证

符号引用验证

### 准备 ###

准备阶段正式为类变量分配内存并设置变量的初始值。这些变量的使用的内存都将在方法区进行分配。

**注意**：此处初始值并非我们制定的值，而是数据类型的默认值。例如int a，赋值为a=0

### 解析 ###

将虚拟机常量池中的符号引用替换为直接引用的过程，包括

类或接口的解析

字段解析

类方法解析

接口方法解析

# 初始化 #

初始化的四种情景

1、遇到new ，getstatic，putstatic或invokestatic这4条字节码指令时，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。生成这4条指令最常见的Java代码场景是：使用new关键字实例化对象的时候，读取或设置一个类静态字段，以及调用一个类的静态方法的时候。

2、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，则需要先触发其初始化。

3、当初始化一个类的时候，发现其父类还没有进行初始化，则需要先触发其父类的初始化。

4、当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含mian方法那个类），虚拟机会先初始化这个主类

注意：以下几种情况是不能被初始化的

1、通过子类引用父类的静态字段，子类不会被初始化

2、通过数组定义来引用类

3、调用类的常量

**类的初始化阶段**

虚拟机负责对类进行初始化，主要就是对类变量进行初始化（先执行父类再执行子类）。

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。

**实例的初始化阶段**

1、实例变量时的赋值语句

2、实例初始化代码块

3、构造方法

题外话

下面这段代码能否正常编译？

public class test { static { A = 1; System.out.println(A); } static int A; }

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**原因**

编译器自动收集类中所有类变量的赋值动作和静态语句块中的语句合并产生的，编译器收集的顺序是由语句在源文件中出现的顺序决定的，静态语句块中只能方法定义在静态语句块之前的变量，定义在它之后的变量，在前面的语句块中可以赋值，但是不能访问

# 总结 #

整体来说类加载主要分为五部分，本文主要讲解类的加载过程，包括类加载的种类，以及机制，还有初始化过程涉及到代码顺序的执行过程。这些内容比较偏向底层，但是这些底层的内容能更加容易帮助我们理解Java程序的运行。

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