java类加载机制

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JAVA类是在运行时进行转载的，这种动态机制虽然降低了些许性能，但是使用起来更加灵活。相比编译时候需要连接的语言C++等来说。
类加载过程分为：加载-验证-准备-解析-初始化-使用-卸载。其中加载、验证、初始化的开始顺序是固定，但是解析有可能放在初始化后面。并且他们也有可能是交叉进行的。

初始化阶段

jvm对加载没有强制的规定，但是对类的初始化有了强制的规定。即对一个类的主动引用，主动因为指的是一下5中情况。

  1. new对象、调用对象的static属性(final除外因为final直接进入了运行时常量池)、调用对象的static方法。
  2. 初始化一个类时候发现父类没有初始化要对父类进行初始化
  3. main方法所以在的类
  4. 反射时候如果发现类没有初始化

  5. 当使用JDK 1.7的动态语言支持时，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最后的解析结果REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，并且这个方法句柄所对应的类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。（实际上是因为第一条的规定）

    注意：接口初始化和类很类似也需要初始化父类接口的class对象，不过不需要初始化所有父类接口，只有使用父类时候才会初始化（使用父类接口的常量）。

加载过程

加载

这里只的是类加载的“加载过程”。记载分为3个过程

  1. 根据类全限定名找到对应外部二进制文件
  2. 将二进制文件加载到内存中

  3. 在方法区创建对应的class类做外部访问数据的接口

    几种外部的二级制文件加载方式zip包、网络、运行时、数据库等等
    注意：数组的加载方式，由虚拟机直接产生。去掉数组的一维，如果是引用类型的话即组件类，该组件类的Classloader加载该类，并且数组类会在组件类的Classloader的的类空间进行标示。如果是int等非引用类型，我们会调用引导类的类加载器。访问方式取决于组件类的访问方式。

验证

java虚拟机校验类文件的合法性，防止恶意篡改、类错误导致虚拟机或者程序崩溃。主要有以下四个阶段

  1. 文件格式校验：判断class的魔数、版本等，通过校验后会将二进制流读入到方法区，后续的校验会针对方法区的二进制流进行校验（检查文件）
  2. 元数据校验：对字节码元数据进行分析，查看是否有父类，父类是否合法。（检查类）
  3. 字节码校验：保证方法体字节码的合法性，比如是否有非法的类型转换、赋值能。jdk1.7后增加了StackMapTable用来保存方法体中初始的状态，校验时候直接通过读取StackMapTable即可（检查方法）
  4. 符合引用校验：字段的引用是否合法，是否访问了不存在的字段、方法、以及超过了访问权限等

准备

java虚拟机为类的变量分配内存的过程，这里指的是static修饰的变量因为实例变量会在实例创建时候赋值。对于一般情况变量分配完内存后要赋0值，真实的值保存在<clinit>()方法中，在初始化时候才会赋值。final修饰的变量会在该阶段赋值真实值

解析

java将class文件中的符号引用改为直接引用的过程

字段的解析

  • 普通引用比如对于字段N类型C来说，将N交给类的ClassLoader加载C的类型
  • 数组加载数组的ComponentType的类，然后由虚拟机生成数组的直接应用

  • 校验范围权限

    类方法的解析

  • 检查类的class_index如果是类方法，class_index是接口方法直接抛出java.lang.IncompatibleClassChangeError异常。

  • 类中有方法的简单名称和描述符返回，否则去父类查找如果有返回，否则去接口查找如果接口有抛异常java.lang.AccessMethodError,如果没有抛出java.lang.NoSuchMethodError

  • 检查访问权限

    接口方法解析：步骤同上只是不用检查权限

初始化

在该阶段开始执行java代码（字节码），生成方法<clinit>()。

  • clinit方法是由静态字段和静态代码块共同合并生成，且顺序自上到下
  • 如果有父类，且父类有有静态类和静态字段，父类的clinit方法会先调用
  • 接口因为也可能有静态阶段，接口也可能生成clinit，如果有父类接口，只有用到父类接口的变量才会生成父类接口的clinit方法

注意clinit出于线程安全考虑会加锁这就是为什么static代码块只执行一次。如果static里阻塞会阻塞类的创建

类加载器

唯一性：ClassLoader+类=唯一，每个ClassLoader都有自己的类命名空间，这个会影响到instanceOf等结果。

java的classloader分为3种

  1. 启动类加载器：Bootstrap ClassLoader，由C++编写，java无法直接调用，如果将类委托给该加载器调用改classloader回报异常。用于加载JAVA_HOME/lib以及 -Xbootclasspath对应地址的类并且要符合命名规则，比如rt.jar
  2. 扩展类加载器：Extension ClassLoader，由java编写，java可直接调用。JAVA_HOME/ext/lib或者java.ext.dirs指定的类
  3. 应用类加载器：Application ClassLoader，由java编写，java可直接调用。classpath中的类，如果不指定自己的classloader他是默认的classloader

类加载的双亲委派模型：即类加载器会优先调用父类的加载器，父类加载器会调用直到启动类加载器，之后在调用自己的类加载器。好处在于对于一些系统的类全局只有一个唯一的Class类（受唯一性约束）。顺序是：启动类加载器–>扩展类加载器–>应用类加载器–>自定义类加载器。

这是java建议的使用方法

双亲委派模型的代码

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protected synchronized Class＜?＞loadClass(String name,boolean resolve)throws ClassNotFoundException {
  //首先，检查请求的类是否已经被加载过了
  Class c=findLoadedClass(name)
  if（c==null）{
    try{
        if（parent！=null）{
          c=parent.loadClass(name,false);
        } else {
          c=findBootstrapClassOrNull(name);
        }
    }catch（ClassNotFoundException e）{
       //如果父类加载器抛出ClassNotFoundException
       //说明父类加载器无法完成加载请求
    } if（c==null）{
      //在父类加载器无法加载的时候
      //再调用本身的findClass方法来进行类加载
      c=findClass(name);
    }