JVM之類加載機制
JVM之類加載機制
JVM類加載機制分為五個部分：加載，驗證，準備，解析，初始化，下面我們就分別來看一下這五個過程。
類加載五部分
加載
加載是類加載過程中的一個階段，這個階段會在內存中生成一個代表這個類的java.lang.Class對象，作為方法區這個類的各種數據的入口。註意這裏不一定非得要從一個Class文件獲取，這裏既可以從ZIP包中讀取（比如從jar包和war包中讀取），也可以在運行時計算生成（動態代理），也可以由其它文件生成（比如將JSP文件轉換成對應的Class類）。
驗證
這一階段的主要目的是為了確保Class文件的字節流中包含的信息是否符合當前虛擬機的要求，並且不會危害虛擬機自身的安全。
準備
準備階段是正式為類變量分配內存並設置類變量的初始值階段，即在方法區中分配這些變量所使用的內存空間。註意這裏所說的初始值概念，比如一個類變量定義為：
public static int v = 8080;
實際上變量v在準備階段過後的初始值為0而不是8080，將v賦值為8080的putstatic指令是程序被編譯後，存放於類構造器<client>方法之中，這裏我們後面會解釋。
但是註意如果聲明為：
public static final int v = 8080;
在編譯階段會為v生成ConstantValue屬性，在準備階段虛擬機會根據ConstantValue屬性將v賦值為8080。
解析
解析階段是指虛擬機將常量池中的符號引用替換為直接引用的過程。符號引用就是class文件中的：
-
CONSTANT_Class_info
-
CONSTANT_Field_info
-
CONSTANT_Method_info
等類型的常量。
下面我們解釋一下符號引用和直接引用的概念：
1.符號引用與虛擬機實現的布局無關，引用的目標並不一定要已經加載到內存中。各種虛擬機實現的內存布局可以各不相同，但是它們能接受的符號引用必須是一致的，因為符號引用的字面量形式明確定義在Java虛擬機規範的Class文件格式中。
2.直接引用可以是指向目標的指針，相對偏移量或是一個能間接定位到目標的句柄。如果有了直接引用，那引用的目標必定已經在內存中存在。
初始化
初始化階段是類加載最後一個階段，前面的類加載階段之後，除了在加載階段可以自定義類加載器以外，其它操作都由JVM主導。到了初始階段，才開始真正執行類中定義的Java程序代碼。
初始化階段是執行類構造器<client>方法的過程。<client>方法是由編譯器自動收集類中的類變量的賦值操作和靜態語句塊中的語句合並而成的。虛擬機會保證<client>方法執行之前，父類的<client>方法已經執行完畢。
p.s: 如果一個類中沒有對靜態變量賦值也沒有靜態語句塊，那麽編譯器可以不為這個類生成<client>()方法。
註意以下幾種情況不會執行類初始化：
1.通過子類引用父類的靜態字段，只會觸發父類的初始化，而不會觸發子類的初始化。
2.定義對象數組，不會觸發該類的初始化。
3.常量在編譯期間會存入調用類的常量池中，本質上並沒有直接引用定義常量的類，不會觸發定義常量所在的類。
4.通過類名獲取Class對象，不會觸發類的初始化。
5.通過Class.forName加載指定類時，如果指定參數initialize為false時，也不會觸發類初始化，其實這個參數是告訴虛擬機，是否要對類進行初始化。
6.通過ClassLoader默認的loadClass方法，也不會觸發初始化動作。
類加載器
虛擬機設計團隊把加載動作放到JVM外部實現，以便讓應用程序決定如何獲取所需的類，JVM提供了3種類加載器：
1.啟動類加載器(Bootstrap ClassLoader)：負責加載 JAVA_HOME\lib 目錄中的，或通過-Xbootclasspath參數指定路徑中的，且被虛擬機認可（按文件名識別，如rt.jar）的類。
2.擴展類加載器(Extension ClassLoader)：負責加載 JAVA_HOME\lib\ext 目錄中的，或通過java.ext.dirs系統變量指定路徑中的類庫。
3.應用程序類加載器(Application ClassLoader)：負責加載用戶路徑（classpath）上的類庫。
JVM通過雙親委派模型進行類的加載，當然我們也可以通過繼承java.lang.ClassLoader實現自定義的類加載器。
自定義類加載器
當一個類加載器收到類加載任務，會先交給其父類加載器去完成，因此最終加載任務都會傳遞到頂層的啟動類加載器，只有當父類加載器無法完成加載任務時，才會嘗試執行加載任務。
采用雙親委派的一個好處是比如加載位於rt.jar包中的類java.lang.Object，不管是哪個加載器加載這個類，最終都是委托給頂層的啟動類加載器進行加載，這樣就保證了使用不同的類加載器最終得到的都是同樣一個Object對象。
在有些情境中可能會出現要我們自己來實現一個類加載器的需求，由於這裏涉及的內容比較廣泛，我想以後單獨寫一篇文章來講述，不過這裏我們還是稍微來看一下。我們直接看一下jdk中的ClassLoader的源碼實現：
protected synchronized Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException {
// First, check if the class has already been loaded
Class c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
try {
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
c = findBootstrapClass0(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
c = findClass(name);
}
}
if (resolve) {
resolveClass(c);
}
return c;
}
1.首先通過Class c = findLoadedClass(name);判斷一個類是否已經被加載過。
2.如果沒有被加載過執行if (c == null)中的程序，遵循雙親委派的模型，首先會通過遞歸從父加載器開始找，直到父類加載器是Bootstrap ClassLoader為止。
3.最後根據resolve的值，判斷這個class是否需要解析。
而上面的findClass()的實現如下，直接拋出一個異常，並且方法是protected，很明顯這是留給我們開發者自己去實現的，這裏我們以後我們單獨寫一篇文章來講一下如何重寫findClass方法來實現我們自己的類加載器。
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
throw new ClassNotFoundException(name);
}
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