jvm加载class文件的原理

java中的所有类，必须被装载到jvm中才能运行，这个装在工作是由jvm中的类加载器完成的，类加载器所作的工作实质上就是把类文件从硬盘读取到内存中

java中的类大致分为三种：

1）系统类

2）扩展类

3）由程序员自己编写的类

类加载方式，有两种

1）隐式装载，程序在运行过程中当碰到通过new等方式生成对象时，隐式调用类加载器对应的类到jvm中

2）显式加载，通过class.forName()等方法，显式加载需要的类

类加载的动态性体现

一个应用程序总是由多个类组成，java程序启动时，并不是一次把所有的类全部加载后再运行，它总是先把保证程序运行的基础类一次加载到jvm中，其他类等到jvm中，其他类等到jvm用到的时候再加载，这样的好处节省了内存 的开销，因为java最早就是为嵌入式系统而设计的，内存宝贵，这是一种可以理解的机制，而用到的时候，再加载，体现了动态

java类加载器

java中的类加载器实质上也是类，功能是把类载入到jvm中，值得注意的是jvm的类加载器并是不是一个，而是三个，层次结构如下：

负责加载系统类

负责加载扩展类

负责加载应用类

为什么要有三个类加载器，一方面是分工，各自负责各自的区块，另一方面为了实现委托模型，下面会谈到该模型

系统类加载器  jre/lib/rt.jar

扩展类加载器  jre/lib/ext或者 java.ext.dirs指向的目录

应用类加载器 classpath环境变量，由classpath或cp选项定义，或者是jar中的manifest的classpath属性定义

类加载器之间是如何协调工作的

类加载器的工作原理基于三个机制：委托、可见性和单一性

委托机制

当一个类加载和初始化的时候，类仅再有需要加载的时候被加载。假设有一个应用需要的类叫做abc.class,首先加载这个类的请求由application类加载器委托给它的父类加载器extension类加载器，然后再委托给bootstrap类加载器。bootstrap类加载器 会先看看rt.jar中有没有这个类，如果没有,extendsion加载器会查看jre/lib/ext目录下有没有这个类；如果有则加载，如果没有，则有application加载器从classpath中寻找。记住classpath定义的是文件的类加载目录，而path是定义可执行程序javac，java等的执行路径。

可见性机制

可见性的原理是子类的加载器可以看见所有的父类加载器加载的类，而父类加载器看不到子类加载器加载的类。

单一性机制

根据这个机制，父加载器加载过的类不能被子类加载器加载第二次，虽然重写违反委托和单一性机制的类加载器是可能的，但这样做并不可取。

线程上下文类加载器 是从JDK1.2开始引入的类，类java.lang.thread中的方法getContextClassLoader()和setContextClassLoader（）用来获取和设置线程的上下文类加载器。

没有通过setContextClassLoader()方法进行设置的话，线程将继承其父线程的上下文类加载器；

java初始的线程上下文类加载器是系统加载器，在线程中运行的代码可通过此类加载器来加载类和资源。

前面提到的类加载器的代理模式并不能解决java应用开发中会遇到的类加载器的全部问题，java提供了很多服务提供者接口，允许第三方为这些接口提供实现。常见的spi有jdbc\jce\jndi\jaxp\jbi等。这些spi的实现代码很可能是作为java应用所依赖的jar包被包含进来，可以通过类路径来找到，如实现了jaxp spi 的apache xerces 所包含的jar包，spi接口中的代码经常需要加载具体的实现类。如 jaxp 中的 newInstance()方法用来生成一个新的DocumentBuilderFactory的实例，

类的加载过程

jvm将类加载过程分为三个步骤：装载（Load）,链接（Link）和初始化（Initialize）链接又分为三个步骤，如下图所示：

 

1）装载：查找并加载类的二进制数据；

2）链接：

验证：确保被加载类的正确性;

准备：为类的静态变量分配内存，并将其初始化为默认值；

解析：把类中的符号引用转换为直接引用；

3）初始化：为类的静态变量赋予正确的初始值；

       那为什么我要有验证这一步骤呢？首先如果由编译器生成的class文件，它肯定是符合jvm字节码格式的，但是万一有高手自己写一个class文件，让jvm加载并运行，用于恶意用途，就不妙了，因此这个class文件要先过验证这一关，不符合的话不会让它继续执行的，也是为了安全考虑吧。

      准备阶段和初始化阶段看似有定矛盾，其实是不矛盾的，如果类中有语句：private static int a =10,它的执行过程是这样的，首先字节码文件被加载到内存后，先进行链接的验证这一步骤，验证通过后准备阶段，给a分配内存，因为变量a是static的，所以此时a等于int类型的默认的初始值0，即a=0,然后到解析（后面在说），到初始化这一步骤时，才把a的真正的值10赋给a,此时a=10。

类的初始化

类什么时候才被初始化：

1)创建类的实例，也就是new一个对象。

2）访问某个类或接口的静态变量，或者对该静态变量赋值

3）调用类的静态方法

4）反射

5)初始化一个类的子类（会首先初始化子类的父类）

6)jvm启动时标明的启动类，即文件名和类名相同的那个类

只有这6种情况才会导致类的初始化。

类的初始化步骤：

1)如果这个类还没有被加载和链接，那先进行加载和链接

2）假如这个类存在直接父类，并且这个类还没有被初始化（注意：在一个类加载器中，类只能初始化一次），那就初始化直接的父类（不适用接口）

3）加入类中存在初始化语句（如static变量和static块），那就依次执行这些初始化语句。

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