JVM - ClassLoader装载流程

注意： 装载 和 加载 的区别：

• 装载，指的是.class文件加载到初始化的整个生命周期；
• 加载，指的是.class文件装载的第一个阶段

类装载机制

jvm把class文件加载到内存中，并对数据进行校验、解析和初始化，最终造成JVM能够直接使用的java类的全过程。

ClassLoader的装载流程图

类装载的前提条件

class只有使用的时候才会被装载，java虚拟机也不会无条件的装载class类型

装载流程

1. 加载类

加载类处于类装载的第一个阶段，将class文件的字节码加载到内存中，并将静态数据转换成方法区中的运行时数据结构，在堆中生成一个表明这个类的java.lang.Class对象，做为方法区类数据的访问入口。

该过程须要ClassLoader参与。

加载类，JVM必须完成：

• 经过类的全名，获取类的二进制数据流
• 解析类的二进制数据流为方法区内的数据结构
• 建立java.lang.Class类的实例，表示该类型

2. 链接

将java类的二进制代码合并到JVM的运行状态中。这一步包含三个操做：

• 验证，确保加载的类信息符合JVM规范，没有安全方面的问题
• 准备 验证经过后，虚拟机就会进入准备阶段，在这个阶段，虚拟机会为这个类变量在方法区分配相应的内存空间，并设置初始值。下图为虚拟机为各类类型变量默认的初始值：

注意：

• java并不支持boolean类型，对于boolean类型，内部实现是Int，因为int的默认值是0，故对应的boolean默认值是false。

• 此处进行内存分配的只是类变量（static修饰的变量），不包括实例变量（实例变量会在对象实例化时随着对象一块儿分配在java堆中）

• 解析，该阶段的任务就是将类、接口、字段和方法的符号引用转为直接引用

符号应用，就是一些字面量的引用，和虚拟机的内部数据结构和内存布局无关。

3. 初始化类

初始化是类装载的最后一个阶段。若是前面的操做没有问题，表示类能够顺利装载到系统中。此时，类才会开始执行java字节码。

该阶段的重要工做，是执行类的初始化方法<clinit>， 为类变量赋予正确的值。方法<clinit>是由编译器自动生成的，它是由类静态成员的赋值语句以及static语句块合并产生的。

在加载一个类以前，虚拟机老是会试图加载该类的父类，所以父类的<clinit>方法老是在子类<clinit>以前被调用。

1. 初始化一个类包含两个步骤：

• 若是类存在超类，先初始化超类
• 若是类存在类初始化方法，就执行此方法

2. 初始化一个接口只有一个步骤： 若是该接口存在接口初始化方法，就执行此方法，接口不初始化父接口。

注意：

• java编译器并非为全部的类都产生一个<clinit>初始化方法，如下几种状况就没有： ① 类没有申明类变量，也没有任何静态初始化语句（static代码块）； ② 类申明了类变量，可是没有任何的类变量初始化语句，也没有静态初始化语句进行初始化； ③ 类仅包含静态final变量的类变量初始化语句，并且是编译时候的常量
• 初始化类的过程必须保持同步，若是有多个线程初始化一个类，仅仅容许一个线程执行初始化，其余的线程都须要等待。。

类初始化

JVM规定：一个类或者接口在初次使用时，必须进行初始化。这里的“使用”，指的是”主动使用”，包括如下几种状况：

• 当建立一个类的实例时，好比使用new关键字，或者经过反射、克隆、反序列化
• 当调用类的静态方法时，即当使用了字节码invoke static指令
• 当使用类或接口的静态字段时（final常量除外），即便用了getstatic或putstatic指令
• 当使用java.lang.reflect包中的方法反射类的方法时
• 当初始化子类时，必须先初始化父类
• 做为启动虚拟机、含有main方法的那个类

除了以上状况属于主动使用外，其余均属于被动使用，被动使用不会引发类的初始化。

主动使用示例

public class Parent {
    static {
        System.out.println("Parent init.");
    }
}

public class Child extends Parent {
    static {
        System.out.println("Child init.");
    }
}

public class InitMain {
    public static void main(String[] args) {
        Child child = new Child();
    }
}

上述示例声明了三个类：Parent、Child（extends Parent）、InitMain。若Parent被初始化，static被执行将打印“Parent Init”；若Child被初始化，将会打印“Parent init”、"Child init"。执行InitMain，打印结果为：

Parent init.
Child init.

总结：

根据上述示例可知，系统首先加载Parent类，接着装载Child类。符合主动装载中的两个条件，使用new关键字建立类的实例会装载相关的类，以及在初始化子类时，必选先初始化父类。

被动装载示例

public class Parent {
    static {
        System.out.println("Parent init");
    }

    public static int v = 100;
}

public class Child extends Parent {
    static {
        System.out.println("Child init.");
    }
}

public class InitMain {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Child.v);
    } 
}

说明：Parent类中定义了类变量v，在InitMain测试类中，使用子类Child调用父类中的类变量v。

执行结果：

Parent init
100

总结：

在InitMain测试类中，经过子类Child直接访问了Parent类中的static变量v，可是子类Child并未初始化，只有父类Parent完成初始化。因此，在引用一个字段时，只有直接定义该字段的类，才会被初始化。

注意：虽然子类Child没有被初始化，可是此时Child类已经被系统加载，只是没有进入到初始化阶段。

引用final常量

public class FinalFieldClass {
    public static final String CONST_STR = "hello world";
    
    static {
        System.out.println("FinalFieldClass init");
    }
}

public class FinalFieldTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(FinalFieldClass.CONST_STR);
    }
}

运行结果： hello world.

分析：FinalFiledClass类没有由于其常量字段CONST_STR被引用而初始化，这是由于在Class文件生成时，final常量因为其不变性，作了适当的优化。

总结：

编译后的FinalFieldClass.class中，并无引用FinalFieldClass类，而是将其final常量直接存放在常量池中，所以FinalFiledClass类天然不会被加载。javac在编译时，将常量直接植入目标类，再也不使用被引用类。

注意：并非在代码中出现的类，就必定会被加载或者初始化，若是不符合主动使用的条件，类就不会被初始化。