Java虛擬機--類加載機制

1.什麼是類加載機制

　　虛擬機把描述類的數據從Class文件加載到內存，並對數據進行校驗、轉換解析和初始化，最終造成能夠被虛擬機直接使用的Java類型，這就是虛擬機的類加載機制。

2.類的加載時機

　　　　　　　　　　　　

　　圖中的七個階段表明這類的生命週期，其中加載、驗證、準備、初始化和卸載的順序是肯定的，按這種順序循序漸進的「開始」，而解析則不必定：它在某些狀況下能夠在初始化階段以後再開始，這是爲了支持Java語言的運行時綁定。另外要注意：剛纔的5個階段一般都是相互交叉地混合式進行，一般會在一個階段執行的過程當中調用、激活另一個階段。

　　加載階段什麼時候開始沒有作強制約束，但對於初始化階段，虛擬機規範則規定了有且只有5種狀況必須對類進行「初始化」：　　

　　■ 遇到new、getstatic、putstatic或invokestatic這4條字節碼指令時。觸發場景：new關鍵字實例化對象、讀取或設置一個類靜態字段（被final修飾、已在編譯器放入常量池的除外）、調用另外一個類的靜態方法。

　　■ 使用java.lang.reflect包的方法對類進行反射調用時。

　　■ 初始化一個類時，若是發現其父類還沒初始化，就要先初始化父類。

　　■ JVM啓動時，用戶指定一個可執行的主類，先初始化這個主類。

　　■ 當使用JDK 1.7動態語言支持時，若是一個java.lang.invoke.MethodHandle實例最後的解析結果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，切方法句柄所對應的類沒有初始化時。

3.類的加載過程

　　加載

　　加載階段JVM完成三件事：

　　■ 經過類的全限定名來獲取定義此類的二進制數據流。（若是沒有找到對應類文件，只有在類實際使用時才拋出錯誤）　　

　　■ 將數據流分析並轉化爲方法區（JVM對運行數據區的劃分結構，包括堆、棧、方法區等）的運行時數據結構。另外，這裏處理了部分檢驗，如對類文件的魔數的驗證、檢查文件是否過長或太短、肯定是否有父類。

　　■ 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訪問入口。

　　鏈接

　　鏈接指的是將Java類的二進制代碼合併到JVM的運行狀態之中的過程，鏈接以前必須被成功加載。鏈接分三個步驟：

　　■ 驗證：用來確保Java類的二進制表示在結構是是徹底正確的、符合虛擬機規範的。如文件格式驗證（是否以魔數0xCAFEBABE開頭、主次版本號是都被虛擬機支持、常量類型是否都被支持）、元數據驗證（就是語義分析，如是否有父類、這個類的父類是否繼承了不被容許的類等）、字節碼驗證（經過數據流和控制流分析，肯定程序語義是合法的）、符號引用驗證（將符號引用轉化爲直接引用，發生在解析階段），若是驗證出現錯誤的話，會拋出java.lang.verifyError錯誤異常。

　　■ 準備：正式爲類變量（被static修飾）分配內存並設置類變量初始值（數據類型的零值）的階段，這些變量所使用的內存都將在方法區（持久代）中進行分配。

　　■ 解析：將常量池內的符號引用替換爲直接引用的過程，目的是確保這些被引用的類能被正確的找到。符號引用：以一組符號來描述引用的目標，符號能夠是任意無歧義的字面量。直接引用：能夠是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。

　　初始化

　　類的初始化是延遲的，直到第一次被主動使用（active use），JVM纔會初始化類。初始化過程的主要操做是執行靜態代碼塊和初始化靜態域，在一個類被初始化以前，它的直接父類也要被初始化，可是一個接口的初始化不會引發其父接口的初始化。

4.類加載的推進者--類加載器

　　Java中的全部類，必須被加載到JVM中才能運行，這個加載的工做是由JVM中的類加載器完成，類加載器的實質是把類文件從硬盤讀取到內存中，JVM加載類時都是經過ClassLoader的loadClass（）方法，此方法使用了雙親委派模式。

　　接下來咱們看loadClass方法中雙親委派的實現：

　　　　

　　圖中有一個同步代碼塊synchronized (getClassLoadingLock(name))，咱們來看getClassLoadingLock(name)的做用是什麼：

　　　　

　　咱們這裏看到parallelLockMap變量，根據這個變量進行不一樣的操做，若是變量是null，直接返回this；若是不爲null，就新建一個對象，調用putIfAbsent方法給剛建好的對象賦值，那這個變量的來源是哪？

　　　　

　　咱們發現這個變量是ClassLoader類的成員變量，這個變量的初始化工做在ClassLoader的構造函數中：

　　　　

　　這裏咱們能夠看到構造函數根據一個屬性ParallelLoaders的Registered狀態的不一樣來給parallelLockMap 賦值。 那ParallelLoaders又來自何方呢？

　　　　

　　咱們發現，在ClassLoader類中包含一個靜態內部類private static class ParallelLoaders，在ClassLoader被加載的時候這個靜態內部類就被初始化。這個類的意思就是：封裝了並行的可裝載的類型的集合。

　　綜上源碼，getClassLoadingLock(String className)的做用：爲類的加載操做返回一個鎖對象。爲了向後兼容，若是當前的classloader對象註冊了並行能力，方法返回一個與指定的名字className相關聯的特定對象，不然，直接返回當前的classloader對象。咱們看到，classloader源碼中還有一個resolveClass方法，它的做用是：連接指定的類，這個方法給classloader用來連接一個類，若是這個類已經被連接過了，那麼這個方法只作一個簡單的返回；不然，這個類將被按照Java™規範中的Execution描述進行連接。

5.類加載器總結

　　java中的類大體分三種：系統類、擴展類、程序員自定義的類。

　　類加載方式有兩種：隱式加載，程序在運行過程當中碰到new關鍵字等方式生成對象時，隱式調用類加載器；顯式加載，經過Class.forName()等方法，顯式加載類。

　　類加載的動態性體現：當運行一個由n多類組成的應用程序時，它會先把保證程序運行的基礎類一次性加載入JVM中，其餘類當用到時再進行加載，這樣節省了內存開銷。

　　Java類加載器：加載器的實質也是類，功能是把類加載入JVM，但JVM的加載器有三個，一方面是是各自負責各自的區塊，另外一方面實現委託模型。其層次結構：

　　　　　　　　

　　類加載器之間協調工做：那當咱們須要加載一個類時，是由哪個加載器來加載的呢？在這裏Java採用委託模型機制，這個機制就是「類加載器有載入類的需求時，會先請示其Parent使用其搜索路徑幫忙載入，若是Parent找不到，再依照本身的搜索路徑搜索類」。好比咱們本地有個Test類，調用Test.class.getClassLoader()時得到的加載器爲AppClassLoader，AppClassLoader的父加載器爲ExtClassLoader，ExtClassLoader的父加載器爲根加載器，但在IDE控制檯打印時爲null，是由於它由C++編寫，在Java中看不到它。默認狀況下，採用AppClassLoader加載程序類。

　　採用「委託機制」是從安全考慮的。試想，若是自定義了一個"java.lang.string"的惡意類，且其被加載入JVM中，會引發嚴重的後果。而採用「委託機制」，這個類永遠只會由跟加載器加載。