面试官对于JVM类加载机制的猛烈炮火，你能顶住吗？
本文经受权转自公众号狸猫技术窝的专栏：《从零开始带你成为JVM实战高手》java
做者：救火队队长linux
目录：面试
前文回顾windows
JVM在什么状况下会加载一个类？服务器
从实用角度出发，来看看验证、准备和初始化的过程微信
核心阶段：初始化工具
类加载器和双亲委派机制加密
昨日思考题的解答设计
今日思考题3d
一、前文回顾
我们今天先来回顾一下昨天讲到的JVM总体的一个运行原理。
咱们首先从“.java”代码文件，编译成“.class”字节码文件，而后类加载器把“.class”字节码文件中的类给加载到JVM中，接着是JVM来执行咱们写好的那些类中的代码，总体是这么个顺序。
再看看下图，感觉一下这个过程：
那么今天，咱们就来仔细看看上图中的“类加载”这个过程，看看JVM的类加载机制究竟是怎么样的？
搞清楚这个过程了，那么之后在面试时，对面试官常问的JVM类加载机制，就能把一些核心概念说清楚了。
二、JVM在什么状况下会加载一个类？
其实类加载过程很是的琐碎复杂，可是对于咱们平时从工做中实用的角度来讲，主要是把握他的核心工做原理就能够。
一个类从加载到使用，通常会经历下面的这个过程：
加载 -> 验证 -> 准备 -> 解析 -> 初始化 -> 使用 -> 卸载
因此首先要搞明白的第一个问题，就是JVM在执行咱们写好的代码的过程当中，通常在什么状况下会去加载一个类呢？
也就是说，啥时候会从“.class”字节码文件中加载这个类到JVM内存里来。
其实答案很是简单，就是在你的代码中用到这个类的时候
举个简单的例子，好比下面你有一个类（Kafka.class），里面有一个“main()”方法做为主入口。
那么一旦你的JVM进程启动以后，它必定会先把你的这个类（Kafka.cass）加载到内存里，而后从“main()”方法的入口代码开始执行。
咱们仍是坚持一步一图，你们先看看下图，感觉一下：
接着假设上面的代码中，出现了以下的这么一行代码：
这时可能你们就想了，你的代码中明显须要使用“ReplicaManager”这个类去实例化一个对象，此时必须得把“ReplicaManager.class”字节码文件中的这个类加载到内存里来啊！是否是？
因此这个时候就会触发JVM经过类加载器，从“ReplicaManager.class”字节码文件中加载对应的类到内存里来使用，这样代码才能跑起来。
咱们来看下面的图：
上面就是给你们举的一个例子，相信很是的通俗易懂。
简单归纳一下：首先你的代码中包含“main()”方法的主类必定会在JVM进程启动以后被加载到内存，开始执行你的“main()”方法中的代码
接着遇到你使用了别的类，好比“ReplicaManager”，此时就会从对应的“.class”字节码文件加载对应的类到内存里来。
三、从实用角度出发，来看看验证、准备和初始化的过程
其实上面的类加载时机的问题，对于不少有经验的同窗来讲不是什么问题。可是对于不少初学者来讲，是一个很是重要的须要捋清的概念。
接下来就来简单带着你们，从实用的角度出发，过一下另外三个概念：
验证、准备、初始化
其实对于这三个概念，没太大的必要去深究里面的细节，这里的细节不少很繁琐，对于大部分同窗而言，只要脑子里有下面的几个概念就能够了：
（1）验证阶段
简单来讲，这一步就是根据Java虚拟机规范，来校验你加载进来的“.class”文件中的内容，是否符合指定的规范。
这个相信很好理解，假如说，你的“.class”文件被人篡改了，里面的字节码压根儿不符合规范，那么JVM是无法去执行这个字节码的！
因此把“.class”加载到内存里以后，必须先验证一下，校验他必须彻底符合JVM规范，后续才能交给JVM来运行。
下面用一张图，展现了这个过程：
（2）准备阶段
这个阶段其实也很好理解，我们都知道，咱们写好的那些类，其实都有一些类变量，好比下面的这个“ReplicaManager”类：
假设你有这么一个“ReplicaManager”类，他的“ReplicaManager.class”文件内容刚刚被加载到内存以后，会进行验证，确认这个字节码文件的内容是规范的。
接着，就会进行准备工做，这个准备工做，其实就是给这个“ReplicaManager”类分配必定的内存空间。
而后给他里面的类变量（也就是static修饰的变量）分配内存空间，来一个默认的初始值。
好比上面的示例里，就会给“flushInterval”这个类变量分配内容空间，给一个“0”这个初始值。
整个过程，以下图所示：
（3）解析阶段
这个阶段干的事儿，其实是把符号引用替换为直接引用的过程，其实这个部分的内容很复杂，涉及到JVM的底层
可是注意，同窗们，就我本意而言，但愿第一周的文章，绝对是浅显易懂的，按部就班，要保证每一个同窗都能绝对看懂。
因此针对这个阶段，如今不打算作过深的解读，由于从实用角度而言，对不少同窗在工做中实践JVM技术其实也用不到，因此这里你们就暂时知道有这么一个阶段就能够了。
一样，我仍是给你们画图展现一下：
（4）三个阶段的小结
其实这三个阶段里，最核心的你们务必关注的，就是“准备阶段”
由于这个阶段是给加载进来的类分配好了内存空间，类变量也分配好了内存空间，而且给了默认的初始值，这个概念，你们内心必定要有。
四、核心阶段：初始化
以前说过，在准备阶段时，就会把咱们的“ReplicaManager”类给分配好内存空间
另外他的一个类变量“flushInterval”也会给一个默认的初始值“0”，那么接下来，在初始化阶段，就会正式执行咱们的类初始化的代码了。
那么什么是类初始化的代码呢？咱们来看看下面这段代码：
你们能够看到，对于“flushInterval”这个类变量，咱们是打算经过Configuration.getInt("replica.flush.interval")这段代码来获取一个值，而且赋值给他的
可是在准备阶段会执行这个赋值逻辑吗？
NO！在准备阶段，仅仅是给“flushInterval”类变量开辟一个内存空间，而后给个初始值“0”罢了。
那么这段赋值的代码何时执行呢？答案是在“初始化”阶段来执行。
在这个阶段，就会执行类的初始化代码，好比上面的 Configuration.getInt("replica.flush.interval") 代码就会在这里执行，完成一个配置项的读取，而后赋值给这个类变量“flushInterval”。
另外好比下图的static静态代码块，也会在这个阶段来执行。
相似下面的代码语义，能够理解为类初始化的时候，调用“loadReplicaFromDish()”方法从磁盘中加载数据副本，而且放在静态变量“replicas”中：
那么搞明白了类的初始化是什么，就得来看看类的初始化的规则了。
何时会初始化一个类？
通常来讲有如下一些时机：好比“new ReplicaManager()”来实例化类的对象了，此时就会触发类的加载到初始化的全过程，把这个类准备好，而后再实例化一个对象出来；
或者是包含“main()”方法的主类，必须是立马初始化的。
此外，这里还有一个很是重要的规则，就是若是初始化一个类的时候，发现他的父类还没初始化，那么必须先初始化他的父类
好比下面的代码：
若是你要“new ReplicaManager()”初始化这个类的实例，那么会加载这个类，而后初始化这个类
可是初始化这个类以前，发现AbstractDataManager做为父类还没加载和初始化，那么必须先加载这个父类，而且初始化这个父类。
这个规则，你们必须得牢记，再来一张图，借助图片来进行理解：
五、类加载器和双亲委派机制
如今相信你们都搞明白了整个类加载从触发时机到初始化的过程了，接着给你们说一下类加载器的概念。由于实现上述过程，那必须是依靠类加载器来实现的。
那么Java里有哪些类加载器呢？简单来讲有下面几种：
（1）启动类加载器
Bootstrap ClassLoader，他主要是负责加载咱们在机器上安装的Java目录下的核心类的
相信你们都知道，若是你要在一个机器上运行本身写好的Java系统，不管是windows笔记本，仍是linux服务器，是否是都得装一下JDK？
那么在你的Java安装目录下，就有一个“lib”目录，你们能够本身去找找看，这里就有Java最核心的一些类库，支撑你的Java系统的运行。
因此一旦你的JVM启动，那么首先就会依托启动类加载器，去加载你的Java安装目录下的“lib”目录中的核心类库。
（2）扩展类加载器
Extension ClassLoader，这个类加载器其实也是相似的，就是你的Java安装目录下，有一个“lib\ext”目录
这里面有一些类，就是须要使用这个类加载器来加载的，支撑你的系统的运行。
那么你的JVM一旦启动，是否是也得从Java安装目录下，加载这个“lib\ext”目录中的类？
（3）应用程序类加载器
Application ClassLoader，这类加载器就负责去加载“ClassPath”环境变量所指定的路径中的类
其实你大体就理解为去加载你写好的Java代码吧，这个类加载器就负责加载你写好的那些类到内存里。
（4）自定义类加载器
除了上面那几种以外，还能够自定义类加载器，去根据你本身的需求加载你的类。
（5）双亲委派机制
JVM的类加载器是有亲子层级结构的，就是说启动类加载器是最上层的，扩展类加载器在第二层，第三层是应用程序类加载器，最后一层是自定义类加载器。
你们看下图：
而后，基于这个亲子层级结构，就有一个双亲委派的机制
什么意思呢？
就是假设你的应用程序类加载器须要加载一个类，他首先会委派给本身的父类加载器去加载，最终传导到顶层的类加载器去加载
可是若是父类加载器在本身负责加载的范围内，没找到这个类，那么就会下推加载权利给本身的子类加载器。
听完了上面一大堆绕口令，是否是很迷茫？别着急，我们用一个例子来讲明一下。
好比你的JVM如今须要加载“ReplicaManager”类，此时应用程序类加载器会问问本身的爸爸，也就是扩展类加载器，你能加载到这个类吗？
而后扩展类加载器直接问本身的爸爸，启动类加载器，你能加载到这个类吗？
启动类加载器心想，我在Java安装目录下，没找到这个类啊，本身找去！
而后，就下推加载权利给扩展类加载器这个儿子，结果扩展类加载器找了半天，也没找到本身负责的目录中有这个类。
这时他很生气，说：明明就是你应用程序加载器本身负责的，你本身找去。
而后应用程序类加载器在本身负责的范围内，好比就是你写好的那个系统打包成的jar包吧，一会儿发现，就在这里！而后就本身把这个类加载到内存里去了。
这就是所谓的双亲委派模型：先找父亲去加载，不行的话再由儿子来加载。
这样的话，能够避免多层级的加载器结构重复加载某些类。
最后，给你们来一张图，感觉一下类加载器的双亲委派模型。
六、昨日思考题的解答
好！今天的文章看完了，相信你们就能大体推测出昨日的思考题的答案了。
我昨天的问题是：如何对“.class”文件处理保证不被人拿到之后反编译获取公司源代码？
其实认真看完今天的文章，就很简单了。首先你编译时，就能够采用一些小工具对字节码加密，或者作混淆等处理
如今有不少第三方公司，都是专门作商业级的字节码文件加密的，因此能够付费购买他们的产品。
而后在类加载的时候，对加密的类，考虑采用自定义的类加载器来解密文件便可，这样就能够保证你的源代码不被人窃取。
七、今日思考题
今天再给你们留一个思考题，相信每一个作Java的同窗，都知道如今通常用Java开发的Web系统，除非是基于Java写中间件，通常都是采用Tomcat之类的Web容器来部署的。
那么你们想一想，Tomcat自己就是用Java写的，他本身就是一个JVM。
咱们写好的那些系统程序，说白了，就是一堆编译好的.class文件放入一个war包，而后在Tomcat中来运行的。
那么，Tomcat的类加载机制应该怎么设计，才能把咱们动态部署进去的war包中的类，加载到Tomcat自身运行的JVM中，而后去执行那些咱们写好的代码呢？
你们先思考，明天文末会给你们进行梳理并给出答案。
End
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做者是我多年好友，之前团队的左膀右臂
一块儿经历过各类大型复杂系统上线的血雨腥风
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