JVM最佳学习笔记<四>---虚拟机类加载机制

前提

本笔记参照了周志明《深刻理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》第三版，读完以后受益不浅，让我对Java虚拟机有了一个深入的认识，这也是Jvm书籍中最好的读物之一。

1. 概述

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，最终造成能够被虚拟机直接使用的Java类型，这就是虚拟机的类加载机制。

在Java语言中，类型的加载、链接和初始化过程都是在程序运行期间完成的。

2. 类加载的时机

类从加载到虚拟机内存开始，到卸载出内存为止，它的整个生命周期包括：加载、验证、准备、解析、初始化、使用和卸载7个阶段。其中验证、准备、解析3个部分统称为链接。以下图所示：

3. 类加载的过程

加载

在加载阶段，虚拟机须要完成如下3个事情：

• 经过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流
• 将这个字节流所表明的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构
• 在内存中生成一个表明这个类的java.lang.Class对象，做为方法区这个类的各类数据的访问入口。

特殊状况：
对于数组类而言，状况有所不一样，数组类自己不经过类加载器建立，它是由Java虚拟机直接建立的。

验证

验证是链接阶段的第一步，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，而且不会危害虚拟机自身的安全。
验证阶段大体上会完成如下4个阶段的校验动做：

• 文件格式校验（验证是否符合Class文件格式的规范）
• 元数据校验（验证描述的信息是否符合Java语言规范）
• 字节码校验（验证程序语义是否合法、符合逻辑的）
• 符号引用校验（确保解析动做可以正常执行，好比出现java.lang.NoSuchMethodError）

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分配。

假定一个类变量的定义为：

public static int value = 123;

变量value在准备阶段事后的初始值为0而不是123。

基本数据类型的零值 |数据类型|零值| |:---:|:---:| |int|0| |long|0L| |short|(short)0| |char|'\u0000'| |byte|(byte)0| |boolean|false| |float|0.0f| |double|0.0d| |reference|null|

注：单精度和精度区别：单精度float是4字节，双精度double是8字节

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：是以一组符号来描述所引用的目标，符号能够是任何形式的字面量，只要使用时无歧义地定位到目标便可。
• 直接引用：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

初始化

初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法的过程。

<clinit>()方法是由编译器自动收集类中的全部类变量的赋值动做和静态语句块(static{}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所决定的，静态语句块中只能访问到定义在静态语句块以前的变量。

4. 类加载器

类与类加载器

对于任意一个类，都须要由加载它的类加载器和这个类自己一同确立其在Java虚拟机中的惟一性，每个类加载器，都拥有一个独立的类名称空间。===> 比较两个类是否“相等”，只要类加载器不一样，那这两个类一定不想等，即便是同一个Class文件，被同一个虚拟机加载。

双亲委派模型

从Java虚拟机的角度来说，只存在两种不一样的类加载器：

• 启动类加载器（BootStrap ClassLoader），使用C++语言实现，是虚拟机自己的一部分
• 全部其余的类加载器，都由Java语言实现，独立虚拟机外部，而且都继承自抽象类java.lang.ClassLoader

双亲委派模型的工做过程

若是一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会本身去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父亲加载器去完成。以下图所示：

双亲委派模型意义：

• 系统类防止内存中出现多份一样的字节码
• 保证Java程序安全稳定运行

破坏双亲委派模型

为何须要破坏双亲委派？

由于在某些状况下父类加载器须要委托子类加载器去加载class文件。受到加载范围的限制，父类加载器没法加载到须要的文件。

以Driver接口为例，因为Driver接口定义在jdk当中的，而其实现由各个数据库的服务商来提供，好比mysql的就写了MySQL Connector，那么问题就来了，DriverManager（也由jdk提供）要加载各个实现了Driver接口的实现类，而后进行管理，可是DriverManager由启动类加载器加载，只能记载JAVA_HOME的lib下文件，而其实现是由服务商提供的，由系统类加载器加载，这个时候就须要启动类加载器来委托子类来加载Driver实现，从而破坏了双亲委派。

5. 本章小结

本章介绍了类加载过程的“加载”、“验证”、“准备”、“解析”、“初始化” 5个阶段中虚拟机进行了哪些动做，还介绍了类加载器的工做原理及其对虚拟机的意义。