由一道面試題理解類加載機制

前言

不瞭解JVM的類加載機制你也能夠coding,可是當你瞭解以後，可讓你在coding的時候避免不少坑，本文將以一道常見的面試題去剖析一下。本文參考 深刻理解Java虛擬機（第2版） 。

1public class ClassLoadTest {
 2    private static ClassLoadTest test = new ClassLoadTest();
 3
 4    static int x;
 5    static int y = 0;
 6
 7    public ClassLoadTest() {
 8        x++;
 9        y++;
10    }
11
12    public static void main(String[] args) {
13        System.out.println(test.x);
14        System.out.println(test.y);
15    }
16}
複製代碼

這裏你們能夠先猜想一下答案，可能結果會出乎你的意料~

類加載過程

先用一個圖簡單的描述一下類加載的這個過程

加載

這個過程至關於從本地或者網絡端去讀取一個字節流，而後將一些靜態儲存結構轉換成方法區中運行時期的數據，最後生成一個表明這個類的Class對象，做爲方法區訪問這個類的入口。

例如：

• 我們能夠經過一個類的全限定名去加載類

• 經過jar、war包去加載類

• 經過http請求去第三方平臺上拉取指定的類來加載

• 運行時計算生成，例如Cglib動態代理等等

針對上述例子，這裏是加載一個 ClassLoadTest.class 對象。

驗證

要理解這個環節並非很難，一個東西要放到JVM上去運行，我們確定得對其進行一些過濾，不能啥都往上丟，這裏的驗證簡單的舉幾個例子:

• 文件格式的驗證：

  ①是否以魔數0xCAFEBABE開頭；

  ②主次版本號是否在當前虛擬機處理範圍內；

  ③常量池中的常量是否有不被支持的常量類型等等。

• 元數據的驗證：

  ①這個類是否有父類；

  ②這個類的父類是否繼承了不被容許繼承的類(final修飾的類)；

  ③這個類不是抽象類，是否實現了全部接口中要實現的方法等等。

• 字節碼的驗證：

  ①保證跳轉指令不會跳轉到方法體之外的字節碼指令上；

  ②保證方法體中的類型轉換是有效的等等。

• 符號引用的驗證：

  ①可否經過類的全限定名去找到對應的類；

  ②符號引用中的類、字段、方法是否能夠被當前類訪問等等。

準備過程

這個過程至關於給類變量分配內存並設置變量初始值的階段，這些變量所使用的內存都將在方法區中進行分配。

針對上述例子：

1test = null;
2x = 0;
3y = 0;
複製代碼

注意：這裏有個特殊狀況，若是該字段被 final 修飾，那麼在準備階段改字段就會被設置成我們自定義的值。 public static final int value = 11 ,在準備階段就會直接賦值11，並非該變量的初始值。

解析過程

將符號引用轉換成直接引用的過程。這裏有兩個名詞 符號引用 和 直接引用 。

• 符號引用：符號引用與虛擬機的佈局無關，甚至引用的目標不必定加載到了內存中。符號能夠是任何形式的字面量，只要使用時可以準確的定位到目標便可。

• 直接引用：直接引用能夠直接指向目標的指針、相對偏移量或是一個能間接定位到目標的句柄。直接引用與虛擬機佈局有關，若是有了直接引用，那麼引用的目標一定已經在內存中存在。

而解析過程又會針對類、字段、方法進行解析，解析失敗則會拋出相應的異常。例如在解析時發現沒有訪問權限會拋出 java.lang.IllegalAccessException 異常，查詢不到引用字段會拋出 java.lang.NoSuchFieldException 異常，查詢不到方法會拋出 java.lang.NoSuchMethodException 異常等等。

初始化

在準備階段，變量已經賦值過系統要求的默認值，在初始化階段，則會根據程序制定的主觀計劃去初始化類變量和其餘資源。這句話聽起來有些繞口，根據上述例子，實際上就是：

1test = new ClassLoadTest();// x = 1;y =1
2y = 0;
複製代碼

這個過程，因爲 x 我們本身並無去設定一個值，因此初始化階段它不會發生任何改變,可是 y 我們有設定一個值0，因此最後形成最終結果爲 x = 1;y = 0 。

ps：在同一個類加載器下，一個類只會初始化一次。多個線程同時初始化一個類，只有一個線程能正常初始化，其餘線程都會進行阻塞等待，直到活動線程執行初始化方法完畢。

總結

對於上面這個面試題，我們用流程圖簡單的描述一下：