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类加载及类加载机制

概述

类的加载、连接、初始化

系统可能在第一次使用某个类时加载类，也可能采用预加载机制来加载某个类。

当调用Java命令运行某个Java程序时，该命令会启动一个Java虚拟机进程，无论该Java程序有多么复杂，给程序启动了多少个线程，他们都处于Java虚拟机进程。

同一个JVM的所有线程、所有变量都处于同一个进程里，他们都是用该JVM进程的内存区，当系统出现以下几种情况时，JVM进程将被终止

1、程序运行到最后正常结束；

2、程序运行到System.exit()或者Runtimely.getRuntime().exit()代码结束程序；

3、程序执行过程中遇到未捕获的异常或错误而结束；

4、程序所在的平台强制结束了JVM进程。

注：JVM进程结束，该进程在内存中的状态将会丢失。

类加载

当程序主动使用某个类时，如果该类还未被加载到内存中，则系统会通过加载、连接、初始化三个步骤来对该类进行初始化，如果没有意外，JVM会练习完成这三个步骤。这三个步骤统称为类加载或者类初始化。

Class类

类是对一批对象的抽象，但是类也是一种对象，例如概念是用来描述事物的，但是概念本身也是一种事物，所以概念本身也需要被描述；描述类的类在Java中叫做Class，该类在java.lang.Class包下。Class类是对类的一种描述，在Java中是一种对象体现。

类加载器

类的加载由类加载器完成，类加载器通常由JVM提供，这些类加载器也是前面所有程序运行的基础，JVM提供的这些类加载器统称为系统类加载器，除此之外，开发者可以通过继承ClassLoader基类来创建自己的类加载。

通过使用不同的类加载器，可以从不同来源加载类的二进制数据，通常有如下几种来源

1、从本地文件系统加载class文件，这是前面绝大部分示例程序的类加载方式；

2、从JAR包加载class文件，这种方式也是很常见的，DOM4J编程时用到的数据库驱动类就放在JAR文件中，JVM可以从JAR文件中直接加载该class文件；

3、通过网络加载class文件；

4、把一个Java文件动态编译，并执行加载。

类加载器通常无需等到“首次使用”该类时才加载该类，Java虚拟机规范允许系统预先加载某些类

类连接

当类被加载之后，系统为之生成一个Class对象，接着将会进入连接阶段，连接阶段负责把类的二进制数合并到JRE中，类连接又可分为如下三个阶段：

1、验证：验证阶段用于检验被加载的类是否有正确的内部结构，并和其他类协调一致；

2、准备：类准备阶段则负责为类的类变量分配内存，并设置默认值；

3、解析：将类的二进制数据中的符号引用替换成直接引用

类的初始化

在类额初始化阶段，虚拟机负责对类进行初始化，主要就是对类变量进行初始化对类变量进行初始化的方式有两种：

1、声明类变量时指定初始值；

2、使用静态代码块为类变量指定初始化值。

注意：声明类变量时指定初始值以及使用静态代码块为类变量指定初始化值时，JVM会按照语句在程序中的排列顺序依次执行它们。

JVM初始化一个类包含如下几个步骤：
1、假如这个类还没有被加载和连接，则程序先加载并连接该类；

2、假如该类的直接父类还没有被初始化，则先初始化其父类；

3、假如类中有初始化化语句，则系统按顺序执行这些初始化语句；

4、当执行第二步骤时，系统对直接父类的初始化步骤也遵循1~3步，如果直接父类又有直接父类，则系统再次重复着三个步骤来初始化父类，以此类推，所以JVM最先初始化的总是Obeject类。

注意：当程序主动使用任何一个类时，系统会保证类或者该类的所有父类都被初始化。

类的初始化时机

当Java程序首次通过下面6种方式来使用某个类或者接口的时候，系统就会初始化该类或接口

1、创建类的实例，为某个类创建实例的方式包括：使用new操作符来创建实例，通过反射来创建实例，通过反序列化来创建实例；

2、调用某个类的类方法；

3、访问某个类的类变量或者为该类类变量赋值；

4、使用反射方式来强制创建某个类或者接口对应的Class对象；

5、初始化某个类的子类，当初始化某个类的子类时，该子类的所有父类都会被初始化；

6、直接使用java.exe命令来运行某个主类，当运行某个主类时，程序会先初始化该主类。

注意：

1、final修饰的类变量，如果该变量在编译时期就可以确定下来，那么这个类变量相当于“宏变量”，Java编译器会在编译时直接把这个类变量出现的地方替换成它的值，因此即使程序使用该静态变量，也不会导致该类被初始化；

2、当使用ClassLoader类的loadClass方法来加载某个类时，该方法只是加载该类，并不会执行类的初始化，使用Class.forName()静态方法才会导致强制初始化该类。

类加载器

类加载器是用来将.class文件（可能是磁盘上，也可能是网络上）加载到内存中，并为之生成对应的Class对象

类加载机制

类加载器负责载入所有的类，系统为所有被载入内存中的类生成一个Class实例

在Java中，一个类使用其全限定类名（包括包名和类名）作为唯一标识

在JVM中，一个类使用其全限定类名（包括包名和类名）和类加载器对象作为唯一标识

JVM启动时，会形成由三个类加载器组成的初始类加载器层次结构：
Bootstarp ClassLoader 根类加载器

Extension ClassLoader 扩展类加载器

System ClassLoader 系统类加载器

Bootstrap ClassLoader称为根类加载器/引导类加载器/原始类加载器，负责加载Java的核心类，JVM的类加载机制有如下三种情况：

1、父类委托：尝试先让父类加载器加载，父类加载器无法加载，尝试自己的类路径下加载；

2、全盘负责：加载某个Class的时候，该Class所依赖的和引用的其他Classs都由该类加载器载入；

3、缓存机制：所有加载过的Class都会被缓存，当程序需要用到某个Class的时候，先在缓存中搜索是否存在，不存在就读取并且转换成Class对象保存到缓冲区中，这就是为什么Class文件修改后需要重新启动JVM，程序修改才会生效。

注意：扩展类加载器的父类是null，并不是根类加载器，这是因为根类加载器并没有继承ClassLoader抽象类，所以扩展类加载器的getParent方法返回null，但是实际上扩展类加再起的父类加载器是根类加载器，只是根类加载器并不是Java实现得，Java程序员也无需访问根类加载器。

类加载器过程

1、检测此Class是否加载过（即在缓存中是否有Class），如果有则直接进入第8步，否则执行第2步；

2、如果父类加载器不存在（如果没有父类加载器，要么parent是根类加载器，要么自己本身就是根类加载器）则进入第4步执行，如果父类加载器存在，则执行第3步；

3、请求使用父类加载器去载入目标类，如果成功载入就进入第8步执行，否则接着执行第5步；

4、请求根类加载器来载入目标类，如果成功载入就进入第8步执行，否则调到第7步；

5、当前类加载器尝试寻求Class文件（从此ClassLoader相关的类路径中寻找），如果找到执行第6步，如果找不到，则调到第7步；

6、从文件中载入Class，载入成功后跳到第8步；

7、抛出ClassNotFoundException异常；

8、返回对应的java.lang.Class对象。

注意：其中第5、6步允许重写 ClassLoader的findClass方法来实现自己的载入策略，甚至可以重写loadClass方法来实现自己的载入过程。