Java虚拟机--类加载机制

1.什么是类加载机制

　　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。

2.类的加载时机

　　　　　　　　　　　　

　　图中的七个阶段表明这类的生命周期，其中加载、验证、准备、初始化和卸载的顺序是肯定的，按这种顺序循序渐进的“开始”，而解析则不必定：它在某些状况下能够在初始化阶段以后再开始，这是为了支持Java语言的运行时绑定。另外要注意：刚才的5个阶段一般都是相互交叉地混合式进行，一般会在一个阶段执行的过程当中调用、激活另一个阶段。

　　加载阶段什么时候开始没有作强制约束，但对于初始化阶段，虚拟机规范则规定了有且只有5种状况必须对类进行“初始化”：　　

　　■ 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic这4条字节码指令时。触发场景：new关键字实例化对象、读取或设置一个类静态字段（被final修饰、已在编译器放入常量池的除外）、调用另外一个类的静态方法。

　　■ 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用时。

　　■ 初始化一个类时，若是发现其父类还没初始化，就要先初始化父类。

　　■ JVM启动时，用户指定一个可执行的主类，先初始化这个主类。

　　■ 当使用JDK 1.7动态语言支持时，若是一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，切方法句柄所对应的类没有初始化时。

3.类的加载过程

　　加载

　　加载阶段JVM完成三件事：

　　■ 经过类的全限定名来获取定义此类的二进制数据流。（若是没有找到对应类文件，只有在类实际使用时才抛出错误）　　

　　■ 将数据流分析并转化为方法区（JVM对运行数据区的划分结构，包括堆、栈、方法区等）的运行时数据结构。另外，这里处理了部分检验，如对类文件的魔数的验证、检查文件是否过长或太短、肯定是否有父类。

　　■ 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。

　　链接

　　链接指的是将Java类的二进制代码合并到JVM的运行状态之中的过程，链接以前必须被成功加载。链接分三个步骤：

　　■ 验证：用来确保Java类的二进制表示在结构是是彻底正确的、符合虚拟机规范的。如文件格式验证（是否以魔数0xCAFEBABE开头、主次版本号是都被虚拟机支持、常量类型是否都被支持）、元数据验证（就是语义分析，如是否有父类、这个类的父类是否继承了不被容许的类等）、字节码验证（经过数据流和控制流分析，肯定程序语义是合法的）、符号引用验证（将符号引用转化为直接引用，发生在解析阶段），若是验证出现错误的话，会抛出java.lang.verifyError错误异常。

　　■ 准备：正式为类变量（被static修饰）分配内存并设置类变量初始值（数据类型的零值）的阶段，这些变量所使用的内存都将在方法区（持久代）中进行分配。

　　■ 解析：将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程，目的是确保这些被引用的类能被正确的找到。符号引用：以一组符号来描述引用的目标，符号能够是任意无歧义的字面量。直接引用：能够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

　　类的初始化是延迟的，直到第一次被主动使用（active use），JVM才会初始化类。初始化过程的主要操做是执行静态代码块和初始化静态域，在一个类被初始化以前，它的直接父类也要被初始化，可是一个接口的初始化不会引发其父接口的初始化。

4.类加载的推进者--类加载器

　　Java中的全部类，必须被加载到JVM中才能运行，这个加载的工做是由JVM中的类加载器完成，类加载器的实质是把类文件从硬盘读取到内存中，JVM加载类时都是经过ClassLoader的loadClass（）方法，此方法使用了双亲委派模式。

　　接下来咱们看loadClass方法中双亲委派的实现：

　　　　

　　图中有一个同步代码块synchronized (getClassLoadingLock(name))，咱们来看getClassLoadingLock(name)的做用是什么：

　　　　

　　咱们这里看到parallelLockMap变量，根据这个变量进行不一样的操做，若是变量是null，直接返回this；若是不为null，就新建一个对象，调用putIfAbsent方法给刚建好的对象赋值，那这个变量的来源是哪？

　　　　

　　咱们发现这个变量是ClassLoader类的成员变量，这个变量的初始化工做在ClassLoader的构造函数中：

　　　　

　　这里咱们能够看到构造函数根据一个属性ParallelLoaders的Registered状态的不一样来给parallelLockMap 赋值。 那ParallelLoaders又来自何方呢？

　　　　

　　咱们发现，在ClassLoader类中包含一个静态内部类private static class ParallelLoaders，在ClassLoader被加载的时候这个静态内部类就被初始化。这个类的意思就是：封装了并行的可装载的类型的集合。

　　综上源码，getClassLoadingLock(String className)的做用：为类的加载操做返回一个锁对象。为了向后兼容，若是当前的classloader对象注册了并行能力，方法返回一个与指定的名字className相关联的特定对象，不然，直接返回当前的classloader对象。咱们看到，classloader源码中还有一个resolveClass方法，它的做用是：连接指定的类，这个方法给classloader用来连接一个类，若是这个类已经被连接过了，那么这个方法只作一个简单的返回；不然，这个类将被按照Java™规范中的Execution描述进行连接。

5.类加载器总结

　　java中的类大体分三种：系统类、扩展类、程序员自定义的类。

　　类加载方式有两种：隐式加载，程序在运行过程当中碰到new关键字等方式生成对象时，隐式调用类加载器；显式加载，经过Class.forName()等方法，显式加载类。

　　类加载的动态性体现：当运行一个由n多类组成的应用程序时，它会先把保证程序运行的基础类一次性加载入JVM中，其余类当用到时再进行加载，这样节省了内存开销。

　　Java类加载器：加载器的实质也是类，功能是把类加载入JVM，但JVM的加载器有三个，一方面是是各自负责各自的区块，另外一方面实现委托模型。其层次结构：

　　　　　　　　

　　类加载器之间协调工做：那当咱们须要加载一个类时，是由哪个加载器来加载的呢？在这里Java采用委托模型机制，这个机制就是“类加载器有载入类的需求时，会先请示其Parent使用其搜索路径帮忙载入，若是Parent找不到，再依照本身的搜索路径搜索类”。好比咱们本地有个Test类，调用Test.class.getClassLoader()时得到的加载器为AppClassLoader，AppClassLoader的父加载器为ExtClassLoader，ExtClassLoader的父加载器为根加载器，但在IDE控制台打印时为null，是由于它由C++编写，在Java中看不到它。默认状况下，采用AppClassLoader加载程序类。

　　采用“委托机制”是从安全考虑的。试想，若是自定义了一个"java.lang.string"的恶意类，且其被加载入JVM中，会引发严重的后果。而采用“委托机制”，这个类永远只会由跟加载器加载。