JAVA 类加载机制学习笔记

JAVA 类生命周期

　　如上图所示，Java类的生命周期如图所示，分别为加载、验证、准备、解析、初始化、使用、卸载。其中验证、准备、解析这三个步骤统称为链接。

　　加载：JVM根据全限定名来获取一段二进制字节流，将二进制流转化为方法区的运行时数据结构，在内存中生成一个代表该类的Java.lang.Class对象，作为方法区这个类的各种数据访问入口。

　　验证：验证是链接的第一步，主要验证内容分为文件格式验证、元数据验证、字节码验证、符号引用验证。

　　准备：准备阶段是为类变量分配内存并设置类变量初始值的阶段，这些变量所使用的内存都将在方法区中进行分配。

　　解析：解析阶段是虚拟机将常量池的符号引用替换为直接引用的过程。符号引用所引用的目标不一定在内存中，而转换为直接引用之后,引用直接指向到对应的内存地址。

　　初始化：初始化会执行<Clinit>()方法，会对static属性进行赋值，对于static final修饰的基本类型和String类型则在更早的javac编译的时候已经加载到常量池中了。

　　经过初始化之后，Java类已经加载完毕。

　　JVM并没有强制规定什么时候进行类的加载，但是对于初始化规定了有且5种情况必须被初始化：

遇到new、getstatic、putstatic、invokestatic这四个字节码的执行时，如果类还没有被初始化，则必须被初始化。new为创建对象，剩下三个为操作静态变量。
使用java.lang.reflect对类进行反射操作的时候，如果该类还没有被加载，则加载该类。
如果对一个类进行初始化的时候，要先对其父类先进行初始化。
当虚拟机启动的时候，需要一个Main方法入口，虚拟机会先初始化这个类。
当使用JDK1.7动态语言支持的时候，如果一个java.lang.invoke.MethodHandle实例最终解析结果为REF_getStatic、REF_putStatic、REF_invokeStatic的方法句柄，如果对应的类没有初始化、则会被初始化。

　　常在笔试题中遇到的就是类记载相关知识，如下面代码，先不看答案想想会打印出什么

例子1：

 public class SuperClass {

     public static int value = 123;

     static {

         System.out.println("super class init");

     }

 }

 public class SubClass extends SuperClass {

     static {

         System.out.println("Sub class init");

     }

 }

 public class ClassInit {

     public static void main(String[] args) {

         System.out.println(SubClass.value);

     }

 }

　　　打印结果如下：

　　解析：当Main方法执行的时候，不会对SubClass类进行初始化，因为调用静态变量时只会初始化直接定义该变量的类，因此，上述代码只有SuperClass会被初始化。而SubClass并不会被初始化。

　　我们稍微修改一个上述代码，将main方法放入子类中执行，执行main方法之后，代码会怎么执行呢？

例子2：

 public class SuperClass {

     public static int value = 123;

     static {

         System.out.println("super class init");

     }

 }

 public class SubClass extends SuperClass {

     static {

         System.out.println("Sub class init");

     }

     public static void main(String[] args) {

         System.out.println(SubClass.value);

     }

 }

　　打印如下图：

　　解析：根据上述类初始化规定。根据第四条执行main方法时候必须初始当前类，因此触发了SubClass的初始化。根据第三条，如果要触发SubClass，必须先对SuperClass进行初始化。因此会先进行SuperClass的初始化、执行完成后执行SubClass初始化，最后等SubClass初始化完毕，打印出Main方法的中的语句。

例子3：

 public class StaticTest {

     static int b = 200;

     static StaticTest st = new StaticTest();

     static {

         System.out.println("1");

     }

     {

         System.out.println("2");

     }

     StaticTest() {

         System.out.println("3");

         System.out.println("a=" + a + ",b=" + b+",c="+c+",d="+d);

     }

     public static void staticFunction() {

         System.out.println("4");

     }

     int a = 100;

     static int c = 300;

     static final int d=400;

     public static void main(String[] args) {

         staticFunction();

     }

 }

　　　执行结果如下：

　　分析:代码执行之后的结果跟我一开始预想的不大一样，我们按照执行顺序进行分析。当我们执行Main方法的之前，javac需要先将代码编译，在这个时候d属性已经完成了赋值。前面说过，在执行main方法之前，会对main方法所在的类进行初始化。根据属性是否静态，我们大概可以将代码分为两部分：

　　1、静态代码

     static int b = 200;

     static StaticTest st = new StaticTest();

     static {

         System.out.println("1");

     }

     public static void staticFunction() {

         System.out.println("4");

     }

　　2、非静态代码:

     {

         System.out.println("2");

     }

     StaticTest() {

         System.out.println("3");

         System.out.println("a=" + a + ",b=" + b + ",c=" + c + ",d=" + d);

     }

     int a = 100;

　　把代码分成两部分，主要是为了区分哪些是类初始化里的代码（<clinit>()中的代码，在类初始化的时候执行），哪些对象初始化代码(<init>()中的代码，对象初始化的时候执行)。main方法触发了类的初始化，因此会执行<clinit>()中的代码，执行顺序从上而下，先完成b=200赋值语句，紧接着执行 static StaticTest st = new StaticTest()，而对st的赋值则触发了对象初始化方法，因此会执行<init>()方法，即非静态代码，对象的初始化执行顺序和类初始化执行顺序不相同，类初始化执行顺序属性初始化 =》代码块 =》方法初始化。因此在非静态代码中执行顺序为：第10行=》第2行=》第6行=》第7行。所以最早打印出2、3。紧接着打印a、b、c、d数值的时候a、b、d已经完成赋值。完成对象初始化之后，继续执行上面的静态代码，打印出1。等类已经完成了加载，执行main方法，打印出4。

双亲委派模型

　　在java类加载器对Class进行加载的时候，如果两个类被不同的类加载器加载，则这两个类不相等。通过equals(),instanceof等方法判断结果为false。关于Java的类加载器，大概可以划分为以下几种：

启动类加载器（Bootstrap ClassLoader）：Bootstrap ClassLoader是唯一一个通过JVM内部的类加载器，通过C++实现。负责加载<JAVA_HOME>/lib中，或者被-Xbootclasspath参数所指定的路径中的，或者被虚拟机识别的类库记载到虚拟机内存中，仅按照文件名识别，如rt.jar,名字不符合的类库即使放在lib中也不会被加载。启动类加载器无法被Java程序直接使用，如果需要把加载器请求委派给引导类加载，则直接使用null代替即可。
扩展类加载器（Extension ClassLoder）：这个加载器负责加载<JAVA_HOME>\lib\ext目录中，或者被java.ext.dirs系统变量所指定的路径中的所有类库。
应用程序类加载器（Application ClassLoader）:应用程序类加载器，负责加载用户路径（ClassPath）上所指定的类库，开发者可以直接使用这个类加载器，如果应用程序中没有自义定类加载，则该类加载就是默认的类加载器。

我们的应用程序大部分是通过上面三种类加载器配合完成的，如果有特殊需求，还可以自定义自己的类加载器。包括类记载器在内，各种类加载器的关系可以这样表示。

　　上述关系图称为双亲委派模型，除了Bootstrap ClassLoad加载器，其他的类加载器都有自己的父类。当一个类加载器获取到一个类加载任务时，先将该类丢给父加载器加载，如果父加载器不能加载则自己加载。这种加载方式就称之为双亲委派。如上图所示，自定义类加载器获取到一个加载任务，一层层往上丢，所以最先让启动类加载器加载，如果启动类加载器能加载，则启动类加载器加载，启动类加载器不能加载，则丢给扩展类加载器，如果扩展类加载器不能加载，则丢给应用类加载器，如果应用类加载器不能加载，才丢给自定义加载器加载。

　　上述的加载方式看起来特别麻烦，但是却解决了一个很重要的问题。比如自定义类加载器获取到一个Java.lang.Object的任务，则让Bootstrap ClassLoader加载，否则如果用户自己定义了一个Java.lang.Object会跟rt.jar中的类产生冲突，通过双亲委派模型，则用户自己写的Object将永远不会被加载到。

　　双亲委派模型是Java虚拟机推荐给开发者的类加载实现，并不是一个强制性约束。在一些情况下双亲委派模型是会被破坏的，比如为了加载JNDI提供者的代码，设计出来的线程上下文加载器。又比如OSGI环境下规则也不大一样。