Java虚拟机类加载机制【图文】

一时失言乱红尘 2023-06-28 11:05 4阅读 0赞

### 博文目录 ###

*  一、能学到什么？
 *  二、什么是类加载机制？
 *  三、类的生命周期
 *  四、各个阶段做了什么事
 *   *  1、加载
     *  2、验证
     *  3、准备
     *  4、解析
     *  5、初始化
 *  五、什么时候加载&初始化？
 *  六、类加载器
 *  七、双亲委派模型

# 一、能学到什么？ #

1.  虚拟机如何加载Class文件？
2.  Class文件中的信息进入虚拟机后会发生什么变化？

# 二、什么是类加载机制？ #

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**，这就是虚拟机的类加载机制。

# 三、类的生命周期 #

类从被**加载到**虚拟机内存开始，到**卸载出内存**为止。  
整个生命周期包括：加载、**验证、准备、解析**、初始化、使用、卸载7个阶段。其中验证、准备、解析3个部分统称为连接。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE2MTgxMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]加载-验证-准备-初始化必须按照严格的先后顺序开始（注意是开始）。而解析在某些情况下可能会在初始化之后进行。

# 四、各个阶段做了什么事 #

java虚拟机中类加载的全过程：加载、验证、准备、解析和初始化这5个阶段所执行的具体工作。

## 1、加载 ##

在加载阶段，虚拟机需要完成以下三件事情：

1.  通过类型的完全限定名，产生一个代表该类型的二进制数据流（根本没有指明从哪里获取、怎样获取）
2.  将这个字节流所代表的的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。
3.  在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结构的访问入口。

## 2、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**。

从整体上看，验证阶段大致上会完成4个阶段的校验工作：**文件格式、元数据、字节码、符号引用**。

## 3、准备 ##

**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，这些变量所使用的内存都将在方法区中进行**。

需要注意的两个地方：

1.  首先，这时候进行内存分配的仅包括类变量（被static修饰的变量），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分配在Java堆中。
2.  其次，这所说的初始值“通常情况”下是**数据类型的零值**。  
    假设一个类变量的定义为：  
    public static int value = 123;  
    那变量value在准备阶段过后的初始值是 0 而不是 123，因为这个时候尚未开始执行任何Java方法，而把value赋值为123的 putstatic 指令是在程序被编译后，存放于类构造器 ()方法中，所以把 value 赋值为 123 的动作将是在初始化阶段才进行的。  
    **特殊情况**：  
    对于：  
    public static **final** int value = 123;  
    编译时 Javac 将会为 value 生成 ConstantValue（定值）属性，在准备阶段虚拟机就会根据 ConstantValue 的设置将 value 赋值为 123。

## 4、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。

符号引用与直接引用有什么关联呢？

**符号引用(Symbolic References):** 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。符号引用于虚拟机实现的内存布局无关，引用的目标不一定已经加载到内存中。  
**直接引用(Direct References)：** 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。如果有了直接引用，那引用的目标必定已经存在于内存中。

**另外：**  
虚拟机规范没有规定解析阶段发生的具体时间，虚拟机实现可以根据需要来判断到底是在类被加载时就对常量池中的符号引用进行解析，还是等到一个符号引用将要被使用前才去解析。

## 5、初始化 ##

类初始化阶段是类加载的最后一步，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）。

# 五、什么时候加载&初始化？ #

Java虚拟机规范**没有指明一个类需要在什么时候加载**

但是指明了当且仅当如下情况会触发类的初始化。

有且只有以下五种情况必须立即对类进行初始化。

1.  使用new关键字实例化对象的时候、读取或设置一个类的静态字段的时候，已经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，如果类没有初始化，则需要先触发其初始化。
3.  当初始化一个类的时候，如果发现其父类没有被初始化就会先初始化它的父类。
4.  当虚拟机启动的时候，用户需要指定一个要执行的主类（就是包含main()方法的那个类），虚拟机会先初始化这个类；
5.  使用Jdk1.7动态语言支持的时候的一些情况。

# 六、类加载器 #

从Java开发人员的角度来看，绝大部分Java程序都会使用到以下3种系统提供的类加载器。

**启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：**  
这个类加载器负责将存放在\\lib目录中的，或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中的，并且是虚拟机识别的（仅按照文件名识别，如rt.jar，名字不符合的类库即使放在lib目录中也不会被加载）类库加载到虚拟机内存中。

**扩展类加载器（Extension ClassLoader）：**  
这个加载器由sun.misc.Launcher$ExtClassLoader实现，它负责加载\\lib\\ext目录中的，或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库，开发者可以直接使用扩展类加载器。

**应用程序类加载器（Application ClassLoader）：**  
这个类加载器由sun.misc.Launcher$AppClassLoader实现。由于这个类加载器是ClassLoader中的getSystemClassLoader()方法的返回值，所以一般也称它为系统类加载器。它负责加载用户类路径（ClassPath）上所指定的类库，开发者可以直接使用这个类加载器，如果应用程序中没有自定义过自己的类加载器，一般情况下这个就是程序中默认的类加载器。

# 七、双亲委派模型 #

我们的应用程序都是由这3种类加载器互相配合进行加载的，如果有必要，还可以加入自己定义的类加载器。

类加载器之间的这种层次关系，称为类加载器的**双亲委派模型**。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzE2MTgxMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
**双亲委派模型的工作过程：** 如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，每个层次的类加载器都是如此，因此所有的类加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中，只有当父加载器反馈自己无法完成这个加载请求（在它的 搜索范围 中没有找到所需的类）时，子类加载器才会尝试自己去加载。

**使用双亲委派模型的好处：**  
java类随着它的类加载器一起具备了一种带有优先级的层次关系。（不会出现重复类的问题）

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