（转） JVM——Java类加载机制总结

背景：对java类的加载机制，一直都是模糊的理解，这篇文章看下来清晰易懂。

转载：http://blog.csdn.net/seu_calvin/article/details/52301541

1. 类加载器的组织结构

类加载器 ClassLoader是具有层次结构的，也就是父子关系。其中，Bootstrap是所有类加载器的父亲。

（1）Bootstrapclass loader： 启动类加载器

当运行Java虚拟机时，这个类加载器被创建，它负责加载虚拟机的核心类库，如java.lang.*等。

（2）Extensionclass loader：标准扩展类加载器

用于加载除了基本 API之外的一些拓展类。

（3）AppClassLoader：加载应用程序和程序员自定义的类。

运行下面的程序，结果也显示出来了：

从运行结果可以看出加载器之间的父子关系，ExtClassLoader的父Loader返回了null

原因是BootstrapLoader（启动类加载器）是用C语言实现的，找不到一个确定的返回父Loader的方式。

2. 类的加载机制

类被加载到虚拟机内存包括加载、链接、初始化几个阶段。其中链接又细化分为验证、准备、解析。

这里需要注意的是，解析阶段在某些情况下可以在初始化阶段之后再开始，这是为了支持Java的运行时绑定。各个阶段的作用整理如下：

2.1 加载阶段

加载阶段可以使用系统提供的类加载器(ClassLoader)来完成，也可以由用户自定义的类加载器完成，开发人员可以通过定义类加载器去控制字节流的获取方式。

ps：可以自定义类加载器，从加密和安全两个角度出发来加载特殊的类。具体参考——JVM——自定义类加载器

（1）通过类的全名产生对应类的二进制数据流。

（2）将这些二进制数据流转换为方法区的运行时数据结构。

（3）创建代表这个类的java.lang.Class对象。作为方法区这些数据的访问入口。

2.2 链接阶段（实现 Java 的动态性的重要一步）

（1）验证：验证阶段的主要目的是确保class文件字节流的正确性，要验证比如class文件格式规范、这个类是否继承了final类、不能把一个父类对象赋值给子类数据类型等等。

（2）准备：准备阶段为方法区中的静态变量分配内存空间。并将其赋值为初始值，所有原始类型的值都为0。如float为0f、 int为0、boolean为0、引用类型为null。

（3）解析：解析阶段把符号引用解析为直接引用。

符号引用是一个字符串，它唯一标识一个类、一个字段、一个方法等目标。

而直接引用对于类变量、类方法指的是指向方法区的指针，然后对于实例方法、实例对象来说就是偏移量，比如一个实例方法，子类中方法表中的偏移量和父类是一致的，这个偏移量可以确定某个方法的位置。

2.3 初始化

到了初始化阶段，才是真正执行用户定义的程序代码。在初始化阶段就是执行类构造器方法的过程，工作包括赋值类变量、静态语句块的合并。

//定义在静态语句块之后的变量可以赋值，但不能访问
public class Test{
    static{
        i=0;//給变量赋值，可以通过编译
        System.out.print(i);//这句编译器会提示非法向前引用
    }
    static int i=1;
}  

初始化过程会被触发的条件汇总：

（1）使用new关键字实例化对象、访问一个类的静态字段、静态方法的时候。

（2）对类进行反射调用的时候。

（3）当初始化子类时，如果发现其父类还没有进行过初始化，则进行父类的初始化。

【关于构造器方法拓展知识】（可以不看）

（1）类构造器<clinit>()方法与类的构造函数不同，它不需要显式调用父类构造，虚拟机会保证在子类<clinit>()方法执行之前，父类的<clinit>()方法已经执行完毕。因此在虚拟机中的第一个执行的<clinit>()方法的类肯定是java.lang.Object。

（2）由于父类的<clinit>()方法先执行，也就意味着父类中定义的静态语句块要优先于子类的变量赋值操作。

（3）<clinit>()方法不是必须的，如果一个类中没有静态语句，那么编译器可以不为这个类生成<clinit>()方法。

（4）接口中不能使用静态语句块，和类不同的是，执行接口的<clinit>()方法不需要先执行父接口的<clinit>()方法。只有当父接口中定义的变量被使用时，父接口才会被初始化。另外，接口的实现类在初始化时也一样不会执行接口的<clinit>()方法。

（5）虚拟机会保证一个类的<clinit>()方法在多线程环境中被正确加锁和同步，可能会导致阻塞。

3. 类加载的三种方式

（1）由 new 关键字创建一个类的实例。

（2）调用 Class.forName() 方法，通过反射加载类。

（3）调用某个ClassLoader实例的loadClass()方法。

三者的区别汇总如下：

（1）方法1和2都是使用的当前类加载器。方法3是由用户指定的类加载器加载。

（2）方法1是静态加载，2、3是动态加载。

（3）对于两种动态加载，如果程序需要类被初始化，就必须使用Class.forName(name)的方式。

Class.forName(className);
//实际上是调用的是：
Class.forName(className, true, this.getClass().getClassLoader());//第二个参为true即默认类需要初始化，初始化会触发目标对象静态块的执行和静态变量的初始化  

ClassLoader.loadClass(className);
//实际上调用的是:
ClassLoader.loadClass(name, false);//第二个参数即默认得到的class还没有进行链接，意味着不进行初始化等系列操作，即静态代码块不会执行