JVM類加載

類的加載指的是將類的.class文件中的二進制數據讀入到內存中，將其放在運行時數據區的方法區內，而後在堆區建立一個java.lang.Class對象，用來封裝類在方法區內的數據結構。　　

類的加載並非首次主動使用時加載，而是JVM在「預料」到某個類將要使用時預先加載。若是在預先加載的過程當中遇到了.class文件缺失或存在錯誤，類加載器在程序首次主動使用該類時才報錯（LinkageError錯誤），若是這個類一直沒有被主動使用，那麼類加載器就不會報錯。

加載.class文件時，能夠從本地直接加在；能夠從zip包中讀取；能夠運行時動態代理生成；也能夠從網絡加載；及其餘文件轉換（如jsp）。

 

JVM類加載分五個階段：加載，驗證，準備，解析，初始化。

加載、驗證、準備和初始化這四個階段發生的順序是固定的，而爲了支持動態綁定，解析階段在某些狀況下能夠在初始化階段以後開始。同時這幾個階段是按順序開始，而不是按順序進行或完成，這些階段一般都是互相交叉地混合進行的，在一個階段執行的過程當中調用或激活另外一個階段。

加載：這個階段會在內存中生成一個表明這個類的java.lang.Class對象，做爲方法區這個類的各類數據的入口。

• 獲取其定義的二進制字節流
• 將字節流所表明的靜態存儲結構轉化爲方法區的運行時數據結構
• 在Java堆中生成一個表明這個類的java.lang.Class對象，做爲對方法區中這些數據的訪問入口

驗證：驗證Class文件的字節流中包含的信息是否符合當前虛擬機的要求，而且不會危害虛擬機自身的安全。驗證階段不是必須的，它對程序運行期沒有影響，若是所引用的類通過反覆驗證，那麼能夠考慮採用-Xverify：none參數來關閉大部分的類驗證措施，以縮短虛擬機類加載的時間。

• 文件格式驗證
  
• 元數據驗證 ：保證字節碼描述的信息符合Java語言規範
• 字節碼驗證 ：保證程序語義是合法的、符合邏輯的
• 符號引用驗證 ：保證解析動做能正確執行

準備：正式爲類變量分配內存並設置類變量的初始值階段，即在方法區中分配這些變量所使用的內存空間。

　　此時進行內存分配的僅包括類變量（static），而不包括實例變量，實例變量會在對象實例化時隨着對象一塊分配在Java堆中

　　這裏的初始值是數據類型默認的零值（如0、null、false等）而不是代碼裏面的初始化參數時所賦的值。

• 對基本數據類型來講，對於類變量（static）和全局變量，若是不顯式地對其賦值而直接使用，則系統會爲其賦予默認的零值，而對於局部變量來講，在使用前必須顯式地爲其賦值，不然編譯時不經過
  
• 對於同時被static和final修飾的常量，必須在聲明的時候就爲其顯式地賦值，不然編譯時不經過
• 只被final修飾的常量則既能夠在聲明時顯式地賦值，也能夠在類初始化時顯式地爲其賦值，即在使用前必須爲其顯式地賦值，系統不會爲其賦予默認零值
• 對於引用數據類型reference來講，如數組引用、對象引用等，若是沒有對其進行顯式地賦值而直接使用，系統都會爲其賦值null
• 若是在數組初始化時沒有對數組中的各元素賦值，那麼其中的元素將根據對應的數據類型而被賦予默認的零值

解析：解析階段主要針對類或接口、字段、類方法、接口方法、方法類型、方法句柄和調用點限定符7類符號引用，虛擬機將常量池中的符號引用替換爲直接引用。

　　符號引用以一組符號來描述所引用的目標，這些信息必須足以惟一的識別一個類、字段、方法；直接引用能夠是指向目標的指針，相對偏移量或是一個能間接定位到目標的句柄。

　　不一樣jvm的內存佈局可能不一樣，直接引用與jvm的內存佈局相關，而符號引用與內存佈局不相關。

初始化：初始化階段是執行類構造器<clint>方法的過程。<clint>方法是由編譯器自動收集類中的類變量的賦值操做和靜態語句塊中的語句合併而成的。虛擬機會保證<clint>方法執行以前，父類的<clint>方法已經執行完畢。

• 子類引用父類的靜態字段，只會觸發父類的初始化，而不會觸發子類的初始化。
• 定義對象數組，不會觸發類的初始化。
• 常量在編譯期間會存入調用類的常量池中，不會觸發定義常量所在的類。
• 經過類名獲取Class對象，不會觸發類的初始化。
• 經過Class.forName加載指定類時，若是指定參數initialize爲false時，不會觸發類初始化。
• 經過ClassLoader默認的loadClass方法，不會觸發初始化。

 

類加載器

　　JVM提供了三種類加載器：

• 啓動類加載器(Bootstrap ClassLoader)：負責加載 JAVA_HOME\lib 目錄中的，或經過-Xbootclasspath參數指定路徑中的，且被虛擬機承認（按文件名識別，如rt.jar）的類，由C++實現，不是ClassLoader的子類。
• 擴展類加載器(Extension ClassLoader)：負責加載 JAVA_HOME\lib\ext 目錄中的，或經過java.ext.dirs系統變量指定路徑中的類庫，java實現，ClassLoader的子類。
• 應用程序類加載器(Application ClassLoader)：負責加載用戶路徑（classpath）上的類庫，java實現，ClassLoader的子類。

　　以及自定義類加載器，應用程序根據自身須要自定義的類加載器。

 

JVM經過雙親委派模型進行類的加載：若是一個類加載器收到了類加載的請求，它首先不會本身去嘗試加載這個類，而是把請求委託給父加載器去完成，依次向上，所以，全部的類加載請求最終都應該被傳遞到頂層的啓動類加載器中，只有當父加載器在它的搜索範圍中沒有找到所需的類時，即沒法完成該加載，子加載器纔會嘗試本身去加載該類。

採用雙親委派模型，無論是哪一個加載器加載這個類，最終都是委託給頂層類加載器進行加載，防止內存中出現多份一樣的字節碼。

雙親委派機制僅僅是java 規範所推薦的一種實現方式，並非強制性的要求，如OSGI就採用網絡圖莊的類加載模型，而非雙親委派機制。相比而言網狀的類加載模型比雙親委派的層次化模型在加載類時效率更高，無需在classpath一長串列表中進行查找；同時錯誤提示更加友好。