JVM体系结构之二：类加载器

一．概述

定义：虚拟机把描述类的数据从Class文件加载到内存，并对数据进行校验、转换解析和初始化，最终形成可以被虚拟机直接使用的Java类型。类加载和连接的过程都是在运行期间完成的。

二. 类的加载方式

1）：本地编译好的class中直接加载

2）：网络加载：java.net.URLClassLoader可以加载url指定的类

3）：从jar、zip等等压缩文件加载类，自动解析jar文件找到class文件去加载util类

4）：从java源代码文件动态编译成为class文件

三．类加载的时机

类加载的生命周期：加载（Loading）-->验证（Verification）-->准备（Preparation）-->解析（Resolution）-->初始化（Initialization）-->使用（Using）-->卸载（Unloading）。如下图所示：

虚拟机规范则是严格规定了有且只有四种情况必须立即对类进行初始化（而加载、验证、准备自然需要在此之前开始）：

1） 遇到new 、getstatic、putstatic或invokestatic这4条字节码指令时，如果类没有进行初始化，则需要先触发其初始化。生成这4条指令的最常见的java代码场景是：使用new关键字实例化对象的时候、读取或设置一个类的静态字段（被final修饰、已在编译器把结果放入常量池的静态字段除外）的时候，以及调用一个类的静态方法的时候。

2） 使用java.lang.reflect包的方法对类进行反射调用的时候，如果类没有进行过初始化，则需要先触发其初始化。

3） 当初始化一个类的时候，如果发现其父类还没有进行过初始化，则需要先触发其父类的初始化。

4） 当虚拟机启动时，用户需要指定一个要执行的主类（包含main（）方法的那个类），虚拟机会先初始化这个主类。

可见：当满足上述4中条件之一的任何一种情况都会执行类的静态代码块，而除上述4中情况外，则不会对类的初始化（注意加粗的有且只有4个字）。

四. 类加载的过程（7个阶段）

4.1. 加载

a) 加载阶段的工作

i. 通过一个类的全限定名来获取定义此类的二进制字节流。

ii. 将这个字节流所代表的静态存储结构转化为方法区的运行时数据结构。

iii. 在java堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，做为方法区这些数据的访问入口。

b) 加载阶段完成之后二进制字节流就按照虚拟机所需的格式存储在方区去中。

4.2. 验证

这一阶段的目的是为了确保Class文件的字节流中包含的信息符合当前虚拟机的要求。

a) 文件格式验证：验证字节流是否符合Class文件格式的规范，并且能被当前版本的虚拟机处理。

b) 元数据验证：对字节码描述的信息进行语义分析，以确保其描述的信息符合java语言规范的要求。

c) 字节码验证：这个阶段的主要工作是进行数据流和控制流的分析。任务是确保被验证类的方法在运行时不会做出危害虚拟机安全的行为。

d) 符号引用验证：这一阶段发生在虚拟机将符号引用转换为直接引用的时候（解析阶段），主要是对类自身以外的信息进行匹配性的校验。目的是确保解析动作能够正常执行。

4.3. 准备

准备阶段是正式为变量分配内存并设置初始值，这些内存都将在方法区中进行分配，这里的变量仅包括类标量不包括实例变量。

4.4. 解析

解析是虚拟机将常量池的符号引用替换为直接引用的过程。

a) 符号引用：符号引用以一组符号来描述所引用的目标，符号可以是任意形式的字面量，只要使用时能无歧义地定位到目标即可。符号引用与虚拟机实现的内存布局无关，引用的目标并不一定已经加载到内存中。

b) 直接引用：直接引用可以是直接指向目标的指针，相对偏移量或是一个能间接定位到目标的句柄。直接饮用是与内存布局相关的。

c) 类或接口的解析

d) 字段的解析

e) 类方法解析

f) 接口方法解析

4.5. 初始化

是根据程序员制定的主观计划区初始化变量和其他资源，或者可以从另外一个角度来表达：初始化阶段是执行类构造器<clinit>()方法的过程。

五. JVM三种预定义类型类加载器

见《java安全沙箱（一）之ClassLoader双亲委派机制》