在JVM中是如何加载一个类的

前言

Java源代码被编译成class字节码，最终须要加载到虚拟机中才能运行。整个加载过程包括：加载、验证、准备、解析、初始化5个阶段，其中准备、验证、解析为连接的子阶段，

加载过程

加载（读取）

一、经过一个类的全限定名获取描述此类的二进制字节流；
二、将这个字节流所表明的静态存储结构保存为方法区的运行时数据结构；
三、在java堆中生成一个表明这个类的java.lang.Class对象，做为访问方法区的入口；

虚拟机设计团队把加载动做放到JVM外部实现，以便让应用程序决定如何获取所需的类，实现这个动做的代码称为“类加载器”，JVM提供了3种类加载器：
一、启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：负责加载 JAVA_HOME\lib 目录中的，或经过-Xbootclasspath参数指定路径中的，且被虚拟机承认（按文件名识别，如rt.jar）的类。
二、扩展类加载器（Extension ClassLoader）：负责加载 JAVA_HOME\lib\ext 目录中的，或经过java.ext.dirs系统变量指定路径中的类库。
三、应用程序类加载器（Application ClassLoader）：负责加载用户路径（classpath）上的类库。

JVM基于上述类加载器，经过双亲委派模型进行类的加载，固然咱们也能够经过继承java.lang.ClassLoader实现自定义的类加载器。

双亲委派模型工做过程：当一个类加载器收到类加载任务，优先交给其父类加载器去完成，所以最终加载任务都会传递到顶层的启动类加载器，只有当父类加载器没法完成加载任务时，才会尝试执行加载任务。

双亲委派模型有什么好处？
好比位于rt.jar包中的类java.lang.Object，不管哪一个加载器加载这个类，最终都是委托给顶层的启动类加载器进行加载，确保了Object类在各类加载器环境中都是同一个类。

验证

为了确保Class文件符合当前虚拟机要求，须要对其字节流数据进行验证，主要包括格式验证、元数据验证、字节码验证和符号引用验证。

1.格式验证
验证字节流是否符合class文件格式的规范，而且能被当前虚拟机处理，如是否以魔数0xCAFEBABE开头、主次版本号是否在当前虚拟机处理范围内、常量池是否有不支持的常量类型等。只有通过格式验证的字节流，才会存储到方法区的数据结构，剩余3个验证都基于方法区的数据进行。

2.元数据验证
对字节码描述的数据进行语义分析，以保证符合Java语言规范，如是否继承了final修饰的类、是否实现了父类的抽象方法、是否覆盖了父类的final方法或final字段等。

3.字节码验证
对类的方法体进行分析，确保在方法运行时不会有危害虚拟机的事件发生，如保证操做数栈的数据类型和指令代码序列的匹配、保证跳转指令的正确性、保证类型转换的有效性等。

4.符号引用验证
为了确保后续的解析动做可以正常执行，对符号引用进行验证，如经过字符串描述的全限定名是都能找到对应的类、在指定类中是否存在符合方法的字段描述符等。

准备

在准备阶段，为类变量（static修饰）在方法区中分配内存并设置初始值。

private static int var = 100;

准备阶段完成后，var 值为0，而不是100。在初始化阶段，才会把100赋值给var，

可是有个特殊状况：

private static final int VAL= 100;

在编译阶段会为VAL生成ConstantValue属性，在准备阶段虚拟机会根据ConstantValue属性将VAL赋值为100。

解析

解析阶段是将常量池中的符号引用替换为直接引用的过程，符号引用和直接引用有什么不一样？
一、符号引用使用一组符号来描述所引用的目标，能够是任何形式的字面常量，定义在Class文件格式中。
二、直接引用能够是直接指向目标的指针、相对偏移量或则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>方法由类变量的赋值动做和静态语句块按照在源文件出现的顺序合并而成，该合并操做由编译器完成。

private static int value = 100;
static int a = 100;
static int b = 100;
static int c;
 
static {
    c = a + b;
    System.out.println("it only run once");
}

一、<clinit>方法对于类或接口不是必须的，若是一个类中没有静态代码块，也没有静态变量的赋值操做，那么编译器不会生成<clinit>； 二、<clinit>方法与实例构造器不一样，不须要显式的调用父类的<clinit>方法，虚拟机会保证父类的<clinit>优先执行； 三、为了防止屡次执行<clinit>，虚拟机会确保<clinit>方法在多线程环境下被正确的加锁同步执行，若是有多个线程同时初始化一个类，那么只有一个线程可以执行<clinit>方法，其它线程进行阻塞等待，直到<clinit>执行完成。 四、注意：执行接口的<clinit>方法不须要先执行父接口的<clinit>，只有使用父接口中定义的变量时，才会执行。