jvm类加载机制

一个类的生命周期如下乳所示，应该注意的是这只是各阶段开始的顺序，并不是一个阶段非要等到上一个阶段执行完才可以开始。所以可能出现一个阶段正在运行，另一个阶段也开始运行的情况。



java虚拟机规范并没有规定什么时候要加载类，但是严格规定了有且仅有以下5种情况必须立即对类进行初始化（而加载、验证、准备、解析要在这之前完成）：

1、使用new关键字实例化一个对象的时候、读取或设置一个类的静态字段或调用一个方法的时候。这里特别注意的是被final修饰的常量已在编译阶段存入常量池，因此引用一个类的static final字段并不会加载一个类。参见：/article/8796644.html

2、使用反射方法调用类的时候，如果类还没有初始化要先初始化。

3、当调用一个类的 时候如果父类还没有初始化，则要先初始化其父类。

4、当虚拟机启动的时候，用户需要制定一个要执行的主类（包括main方法的类），虚拟机会先初始化这个主类

5、当使用jdk1.7的的动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果是REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先出发其初始化。

下面具体讲类的加载过程：

加载

这一阶段虚拟机需要完成以下3件事：

1、通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流

2、将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构

3、在内存中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据的访问入口

验证

验证的目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求，并且不会危害虚拟机自身的安全。主要包括4个阶段：

1、文件格式验证

验证字节流是否符合Class文件的格式，并且能为当前版本的虚拟机处理。比如“：

a.是否以魔术0xCAFEBABE开头

b.主次版本号是否在当前虚拟机处理范围之内

c.Class文件中的常量池的常量中是否有不被支持的常量类型等

2、元数据验证

在类的层面上对字节码描述的信息进行语义分析，比如：

a.这个类是否有父类

b.这个类是否继承了不允许继承的类，比如final类

c.如果这个类不是抽象类是否实现了父类或接口所有需要实现的方法

d.类的字段、方法是否与父类产生矛盾

3、字节码验证

在类的方法层面，主要通过数据流和控制流的分析，对方法体进行校验，以确保程序语义是合法的、符合逻辑的。比如：保证任意时刻操作数的数据类型与指令代码序列都能配合工作，比如不会出现栈里是int型，而需要long型的情况等

4、符号引用验证

这个阶段的校验发生在符号引用转化为直接引用的时候，这个转化动作发生在解析阶段,，用来确保可以解析。通常校验一下内容：

a、符号引用中通过字符串描述的全限定名能否找到对应的类

b、在指定类中是否存在符合方法的字段描述符以及简单名称所描述的方法和字段

c、符号引用中的类、字段、方法是否可被当前类访问。权限范围如下图所示：



准备

准备阶段正式为类变量（static变量）分配内存并设置类变量初始值，这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。

数据类型	零值	数据类型	零值
int	0	boolean	false
long	0L	float	0.0f
short	(short)0	double	0.0d
char	'\u0000'	reference	null
byte	(byte)0

解析

解析阶段是jvm将常量池内的符号引用替换为直接引用的过程。先来看下符号引用和直接引用的区别：

符号引用：用一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任何形式的字面量，只要能定位到目标即可，此时目标并不一定已经加载到内存中。符号引用的字面量形式明确定义在java虚拟机规范的Class文件格式中。

直接引用：可以是直接指向目标的指针、相对偏移或者是一个能简接定位到目标的句柄。此时目标必定已经在内存中存在。

解析动作主要针对类或接口、字段、类方法、接口方法、方法类型、方法句柄和调用点限定符7类符号引用进行。

初始化

初始化阶段是类加载过程的最后一步，前面的类加载过程中，除了在加载阶段用户应用程序可以通过自定义类加载器参与之外，其余动作完全由虚拟机主导和控制。到了初始化阶段，才真正开始执行类中定义的java代码（或者说是字节码）。

在此阶段，会首先执行static语句，包括类变量的定义和static{}语句块，然后执行类的构造函数。静态语句块只能访问到定义在静态语句块之前的变量，定义在它之后的 变量，在前面的静态语句块可以赋值，但是不能访问。比如：

public class Test{

static {

i = 0;

//System.out.println(i);//这句编译器会提示“非法向前引用”

}

static int i = 1;

public static void main(String[] args){

System.out.println(Test.i);//输出是1

}

}

因为父类总是先执行初始化，这就意味着父类static语句>子类的static语句>父类的构造方法>子类的构造方法(>表示执行时间上先于)。

public class TestInit extends Parents{

static{

System.out.println("A1");

}

public TestInit() {

System.out.println("A2");

}

public static void main(String[] args){

new TestInit();

new TestInit();

}

}

class Parents {

static {

System.out.println("B1");

}

public Parents() {

System.out.println("B2");

}

}



上述代码的执行结果是 B1 A1 B2 A2 B2 A2，同一个类加载器下，一个类型只会初始化一次。

另外需要提醒的是在接口中不能使用static语句块，而且与类不同的是，只有在使用接口中定义的变量时，父接口才会初始化。

下面介绍下类加载器

类加载器采用双亲委派机制（Parents Delegation Model）:如果一个类加载器收到了类加载的请求，它首先不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父亲加载器去完成，每一个层次的类加载器都是如此，因此所有的加载请求最终都应该传送到顶层的启动类加载器中，只有父类加载器反馈自己无法完成这个加载请求时，子类才会尝试去加载。如下图所示，前三个都是系统的加载器，最低层的也可以有用户自己实现的加载器。下面是三个加载器的搜索范围（也可以修改参数指向不同的范围）：

a、启动类加载器：加载放在<JAVA_HOME>\lib中的类

b、扩展类加载器：加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录

c、负载加载用户类路径（ClassPath）上指定的类库